PowerFlex755变频器在转炉倾动系统的应用

2013-08-27周卫民陈志贤

机电信息 2013年9期

周卫民陈志贤

（1.中冶赛迪电气技术有限公司自动化部，重庆400016；2.宝钢集团广东韶关钢铁有限公司，广东韶关512123）

1 工艺过程

转炉倾动系统有4台交流调速电机拖动，通过刚性连接，实现4台电机同步启动及制动，带动转炉旋转。根据工艺要求，转炉可在0.1～1.0 r／min之间进行倾动速度调节，并在0°～±180°之间旋转。转炉在冶炼周期内，主要的倾动过程为：兑铁水－加废钢－测温取样－出钢－倒渣。兑铁水和加废钢实由炉前操作完成，倾动角度从0°逐渐变化到45°～90°，使得废钢和铁水可以顺利加入到转炉中。测温取样主要由中控室来操作，倾动角度从0°逐渐变化到90°，以便于观察炉内情况和测温取样操作。出钢通过炉后台操作转炉向炉后倾动，倾动角度由0°逐渐变化到－101°，使炉内钢水倒入钢包后，手动操作转炉向零位（垂直位置）倾动并停止在零位，该过程执行时间约5 min，危险性最大，要求安全性最高。倒渣由炉前操作来完成，在出钢完成后，快速摇炉到－180°，以便炉内渣倒至渣罐。转炉操作地点的操作权限由中控室决定。

转炉倾动系统属于重载，倾动转矩大，定位精度高，控制难度大。在倾动过程中频率变化大，4台电机驱动同一负载，要求自动化控制系统的同步性和跟随性都好，故而联锁条件较多，同时也比较容易出现设备及人身安全事故。当1台或者2台电机出现故障停机时，生产可以继续进行，当有3台电机出现故障时，转炉立即停止倾动。

2 控制系统组成

自动化系统采用Rockwell PLC，控制器采用1756L62，控制信号通过1756系列模块实现，变频器通过Control Net现场总线来和系统进行通信，其典型控制系统图如图1所示。

图1 控制系统方案

3 Power Flex755变频器特点

Power Flex755变频器适用于各种高性能应用，特别是需要高速电机控制性能，安全关断功能及多功能集成应用的场合，是一个高能性的解决方案。

外部接口具有多种网络通讯能，且通讯选件均为DPI内置式。内置通讯选件包括 DeviceNet、Control Net、Ether Net／IP、ModbusRTU、Inter Bus、Profibus、RS485 DF1／HVAC、RIO、Lonworks、CAN等多种其他厂商的开放式通讯网络适配卡。

保护功能有过电流、过电压、欠电压、缺相、变频器过热、变频器过载、电机过载、外部报警输入、通用熔断器熔断保护、逆变器出错、输出短路保护、输出接地、瞬间停电保护等，而且所有参数、保护动作信号和故障信号要求可通过相应接口上传。

内置过程PI控制器：不需要一个额外的过程回路控制，内部的过程PI调整器具有比例和积分增益调节、偏差反向以及输出限幅等功能。反馈可以组态成正常的或均方根函数。内置过程PI控制器在过程回路中减轻了PLC控制器的负担。

预先诊断功能：预先诊断功能帮助用户降低非正常故障几率和减少故障处理时间。

实时时钟功能：能更精确的知道故障发生的时间，有利于故障排除。

内置DeviceLogix：允许根据不同运用而客户化变频器的控制，单机控制更灵活，通过变频器软件工具进行编程。

Power Flex755变频器可以通过程序设置跟踪影响变频器冷却风扇和输出继电器以及电机和系统轴承寿命的信息，并提供风扇和继电器寿命的估计数据、客户电机和系统轴承寿命的估计数据以及事先警示信号，以避免非计划性停机。

4 控制方式

根据倾动电机的特点，考虑到转炉的负载特性、变频器的过载系数和负荷平衡，电气控制系统必须有足够的启动力矩，以适应满载启动的要求，启动须平稳，频繁启动、制动时无冲击，电气控制系统在低速甚至零速时仍需要有较大的力矩输出。

（1）开抱闸控制方式。在转炉倾动系统松开抱闸前，必须要求电机能够提供足够的转矩，让转炉在开抱闸后不至于产生回位动作和抖动，因此系统抱闸松开前需要检测变频器的运行状态和输出电流。在达到了所需要的转矩要求时，松开抱闸，能保证倾动系统比较平稳的启动，同时确保系统的安全性。

（2）关抱闸控制方式。如果在动作过程中，突然关闭抱闸，会导致整个转炉严重抖动。因此在转炉倾动系统关抱闸的时候，是在系统速度接近0的时刻。如果关早了，电机遇到阻碍，转矩会增大，就会出现电流过大的情况。如果关晚了，转炉在速度已经为0的情况下，没有了抱闸的作用，将会由于重力的作用出现回位动作，这是非常危险的，因此应根据实际情况和转炉的速度来进行关抱闸的控制。

（3）为满足符合平衡的要求，这里考虑采用变频器主从的控制方式。在4台变频器中，选择合适的1台作为主变频器进行速度控制，另外3台作为从变频器。主变频器的输出转矩作为从变频器的转矩给定进行转矩控制，从而确保各变频器的出力平衡。当主变频器出现故障时，可设置另1台变频器作为主变频器，组成新的主从工作组，按新的主从方式继续工作。设计中采用Power Flex755变频器，该变频器能够实现精确的电动机速度和转矩控制，具有独立控制电动机磁场和转矩的能力，在零速下仍能产生满转矩。该变频器在工作过程中的4台倾动电机的电流曲线如图2所示。