２１０ｔ转炉倾动交流变频控制系统开发与应用

　　摘要：随着交流变频控制技术的不断发展，交流传动系统得到广泛应用。新钢210t转炉倾动采用交流变频传动，利用西门子的SIMOLINK主从控制技术，很好的解决了转炉倾动负荷平衡难题。
　　关键词：转炉倾动 SIMOLINK 负荷平衡 主从控制
　　
　　前言
　　
　　中国作为世界第一钢铁生产大国，每年的钢产量已经突破亿吨。根据目前社会发展的需要，转炉的吨位也从最初的10吨、30吨，到当今的几百吨。2007年江西新余钢铁有限责任公司开始着手三期技改工程建设，其中新建设2座全省最大容量的210t转炉及其相配套的LF精炼、RH精炼、板坯连铸机。
　　转炉倾动系统是转炉炼钢的核心冶金设备，由于工况的特殊性，除要求该设备必须具备高可靠性和安全性外，还应具备下列特性:启动力矩大、响应速度快；在运行过程中速度均匀可调，并可实现快速加速；系统特性硬，受负载变化的影响小；系统稳定性、安全性、可靠性高；可实现快速准确停车；设备故障率低。
　　
　　1.系统配置
　　
　　转炉倾动变频器选用西门子Master Drives 6ES70系列变频器，四个转炉倾动变频器功率均为315KW，变频器与电机间采用单对单的速度闭环控制方式。变频器之间通过一个SIMOLINK光纤通讯环网，完成变频器内部的数据交换实现变频器的主从控制。转炉倾动PLC控制系统是由一套独立的西门子S7-400 PLC系统构成，其任务是负责系统数据收发、电气上的逻辑控制及与转炉主体PLC系统通讯，并通过继电器控制部分，完成对现场信号的采集和处理以及必要的电气控制。
　　
　　2.操作控制方案
　　
　　本系统采用了内控，外控两种工作模式，内控方式主要是调试过程中使用，转炉正常生产时，采用外控模式。
　　外控模式下，采用手动操作方式。操作人员可以在转炉主控室倾动操作台、炉前摇炉室倾动操作台、炉后摇炉室倾动操作台任意操作室进行操作，但选择某一操作地点操作时，其余两操作室不能操作。
　　当操作人员摇炉时，摇炉手柄主令角度编码值传送至PLC系统，PLC程序将根据编码值计算出转炉速度给定并传给变频装置，转炉倾动角度通过现场安装的倍加福绝对型单圈编码器获取。转炉所处角度工作位如下：
　　（1）60&°～100&°为加料位；
　　（2）75&°～95&°为测温位；
　　（3）130&°～180&°为倒渣位；
　　（4）260&°～290&°为出钢位。
　　以上区间为低速运行状态，倾动变频器最大工作频率为10Hz，其余角度均为高速运行状态，倾动变频器最大工作频率为30Hz。
　　当编码器的信号不准确时，只需确认现场转炉处于0&°，然后点击HMI画面的清零按钮就可以实现编码器清零。
　　
　　3.变频器控制系统
　　
　　3.1变频器内部网络的构成
　　倾动PLC系统采用Profibus&—DP协议通过CP443通讯网卡与4台变频器相连，四台变频器之间则通过SIMOLINK光纤电缆相连构成环网，如下图所示。SIMOLINK环网中每台变频器均有主从功能， SIMOLINK环网中主站可以接收和发送报文，并且可读写其所含信息，从站只能接收电报，不可能去处理其中所含的信息。
　　
　　3.2转炉倾动负荷平衡变频器内部控制原理
　　响应时间短、超调量小，是对控制系统的基本要求。由于转炉的四台变频器采用主从控制，那么主装置的参数整定对整个系统的动态性能有着较大的影响。如果主变频器的相应实际较长，由于转炉倾动的特点（兑铁或出钢时需连续启动），可能系统会出现无法跟随给定的状态；如果主变频器的超调量较大，那么从装置驱动的电机将反复振荡。因此，变频器的加速实际、减速实际、比例偏差增益、积分偏差增益、调节前馈增益需反复调整。
　　变频器的主速度给定是由PLC系统根据摇炉手柄及转炉所处角度计算得出，经Profibus-DP传动至变频器系统中当前为主的变频器，同时主变频器生成一个速度调节器积分分量给定值发送给其他三个从变频器，也就是赋予从变频器控制字，使从变频器的速度斜坡发生器上升特效依据主变频器的速度曲线上升，4台变频器的控制都是一个相对独立的闭环控制，这样就可以满足转炉四个倾动电机的精确同步控制和动态负荷平衡。
　　3.3抱闸控制
　　原设计上抱闸控制完全由PLC通过延时来控制的，这里抱闸控制指的是抱闸的松闸时间控制，因为转炉倾动什么时候松闸很重要，松闸时间太早，而变频器力矩还没有建立起来时就会出现转炉颠覆的可能，那将导致非常严重的事故。完全由PLC来控制松闸的时间显然不可靠的，后经过现场调试决定松闸的时间由变频器和PLC共同参与控制，在变频器内部进行力矩判断，只有在力矩建立起来的情况下才允许松闸。经现场调试反复试验测定后将变频器参数设定为P610=K22、P611=45% 。
　　3.4制动
　　本系统采用的是传统的能耗制动，能耗制动相对回馈制动而言虽然从经济上来讲不如后者，但是能耗制动具有较高的可靠性，避免了因为逆变失效产生转炉颠覆。
　　
　　4.结束语
　　
　　210t转炉倾动系统运用变频器内部功能判断松闸条件与PLC延时松闸相结合的控制方案，提高了倾动系统的可靠性，同时，利用SIMOLINK主从控制技术很好地解决了转炉倾动负荷平衡难题，并将转炉负荷分配控制精度提高到5%以上，倾动速度控制精度小于1%，为新余钢铁有限责任公司210t转炉安全高效生产创造了有力的条件，取得了很好的经济效益和社会效益。
　　
　　参考文献：
　　[1] SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制使用大全，2004
　　[2] 马竹梧等编著；钢铁工业自动化（炼钢卷）[M].北京；冶金出版社，2003
　　
　　作者简介： 聂飞 (1982－)，男，江西新干人，助理工程师，主要从事自动化系统研发及调试工作