ｌ》》学术交流 转炉倾动控制系统中交琉变频技术的应用 山东钢铁集团莱芜分公司自动化部李涛 【摘要】交流变频技术在提高转炉倾动控制系统的精确性、安全性等方面极具优势，结合实例，从交流变频电机和交流变频调速系统两大部分对交流变频技术的应用进行 了具体分析。 【关键词】转炉倾动控制系统；交流变频技术；变频电机；变频调速系统 引言 转炉是一种圆筒形、可倾动的吹氧炼钢 容器，炉体多由钢板制成，内部衬有耐火材 料，在钢铁冶金行业有着广泛应用。为取得 较好的吹炼效果，转炉倾动系统必须具备极 高的稳定性，能够适应负载变化。另外，对 其启动力矩、运行速度等均有着严格要求。 冶金厂和炼钢厂多采用两种技术，一是无环 直流传动技术，二是交流变频调速技术。尤 其是后者，近些年来取得了很大突破，控制 水平大幅提升，将其用于转炉倾动控制系 统，不仅能节约电能，而且在生产安全方面 也发挥着重大作用。 １．工程实例 莱钢型钢炼钢厂拥有３座１２０ｔ的转炉， 倾动系统采用ＰＬＣ控制系统，并使用先进的人 机界面软件。通过分散控制、集中管理的模 式，在不影响网络通信的基础上，减少了线 缆数量，使得系统结构更为简单，对其安全 性及稳定性颇为有利。４台交流变频电机采用 的是西门子Ｍａｓｔｅｒ Ｄｒｉｖｅｓ ６ＥＳ７０系列，功率 均为３５０ＫＷ，可驱动转炉正负３６０。随意转动。 ２．交流变频电机在转炉倾动系统中的应 用 变频系统内，可提高控制的精确度，减少安 全事故发生。了解变频电机运转时的速度可 为其改进提供必要条件，因此常在变流器内 装置增量式编码器，可将位移转换为电信 号，进一步将其转换为计数脉冲。ＰＬＣ系统在 识别后，可据此判断电机的运行状况，并予 以一定的控制。 ３．交流变频调速系统在转炉倾动系统中 的应用 ３．１系统构成 在选择调速系统时，如若经济条件允 许，尽量引进高新技术。系统由变频器、制 动单元、交流异步电机、电抗器，以及其他 辅助部件组成。尤其是变频器，作用最为重 要。该厂选择的是采用ＤＴＣ技术的ＡＣＳ８００系 列变频器，其接口为ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ接口，符合 国际标准，技术含量高，可有效地促进与上 级自动化系统的连接。同时其动态性能优 越，可顺利完成变频器的调试工作。而且， 它还能够支持自定义编程，具有较强的个性 化。在实际应用中，通过ＡＣＳＳＯ０变频器的调 节，转炉倾动系统可将输入电网的三相固定 频率以及电压转换为变化频率和变化电压的 一中的某一台变频器作为主机，则另外３台为从 机。通过转矩和速度控制的方法对主机加以 控制，具体的速度参数来自于ＰＬＣ的ＡＯ输出， 正反转命令则来自于ＰＬＣ的ＤＯ输出。从机则直 接接受主机的转矩设定命令，采用ＡＤＤ模式 控制转矩。具体运行时，因传动系统依赖于 转矩控制方式才能正常作业，一旦主从机产 生过大的速度误差，会自动发送至速度调节 器，由调节器增加或者减少内部转矩，对速 度加以调节。主从机之间过程数据应实现同 步交换，并确保其精确度和完整性，为此， 主机在向从机传送设定命令时，是通过设备 间共用系统时钟节拍的主从光纤网来实现 的。 三相交流输出。 炉体耳轴下部的重量和高度均应符合要 求，如此即便系统失控，或抱闸力矩不足， 在炉体正力矩的作用下，也可维持炉口始终 向上，以降低倒钢风险。在运行中需将炉体 内钢水倒出时，由电机输出正力矩，提供动 力驱动转炉；结束后将炉体匀速牵回，并将 其势能回馈给系统。 此过程中，转炉倾动的角度和速度极为 关键，这就要求加强控制的精确度，否则可 能出现安全问题。另外，转炉倾动时负载较 大，所以对传动系统要求较为严格，如电机 和变频器的过载能力、低速启动等均应满足 要求。 该系统共有４台交流变频电机，与电机 之间的力矩平衡通过扭力杆装置来实现，可 将倾动时的负载进行平均分配。在突发状况 下，制动器可令电机立即减速，将其装置在 ３．２控制技术 转炉自身质量较重，仅靠一台变频电 机，因动力有限，难以驱动转炉使其稳定运 行。该厂共有４台电机，需要协同作业同时工 作。为实现转炉倾倒的多段速要求，需保证 驱动电机的变频器具有性，而为驱动转 炉倾动，它们又需要同步着力于转炉轴的大 齿轮。不然极有可能会因输出转矩不同或出 现自扭动，导致转轴小齿轮遭受破坏，从而 致使转炉停止作业。实际中情况颇为复杂， 除了电机性能存在很大差异，加工和安装的 精度也难以控制，以至于电机同步很难实 现。考虑到调速系统以主从控制技术为主， 该厂采用一主三从的方式实现倾倒系统的控 制。 ３．４转炉倾动系统变频器的软件控制 实际转炉操作位置包括炉前、炉前主操 作室、炉后机旁操作室、兑铁水固定操作台 等，如果倾动在其中一处进行，则另外几处 不应再进行相同的操作。而且，在任何地方 进行转炉倾动指令操作时，都要具备几项基 本要求： ①变频器处于正常运行状态； ②抱闸电源在正常稳定的运行； ③所有的操作地点均没有报警发出； ④氧在等待位或等待位以上并不存在 下降的现象。若氧冷却水流量差低于２０Ｔ， 或冷却水流速在１８０Ｔ／ｈ以及眼罩在上部位 置、稀油站正常的情况，在操作之前，务必 要仔细观察周围环境，确保没有人员在危险 范围内。然后才能实施具体的联锁投入或联 锁解除按钮的操作。 ４．结束语 转炉倾倒控制系统在钢铁冶金厂生产中 发挥着重要作用，但因为质量重、负载大， 有很大的控制难度。为实现精确化控制，常 采用交流变频技术，尤其是变频调速器，不 但结构简单、安装调试方便，而且具有较高 的精度，可提高系统的安全性。同时其节能 环保效果也较为可观，在炼钢冶金厂十分适 用，值得推广。 ３．３变频调速控制的实现 承接上面一主三从的控制方式，以４台 ２．过程评价和结果评价相结合 在以往的教学中，对教学效果的评价 注重结果评价，过程评价已成为课程改革的 瓶颈。而过程评价的主要目的是为了全面了 解学生的学习历程，激励学生的学习和改进 教师的教学。只有把过程评价和结果评价相 结合，才能更全面的对改革后的课程进行评 价，促进课程改革的进一步深化。 ３．课内评价和课外评价相结合 提倡课外评价是开放性的特征之一。 在新课程中，有许多内容是要求学生把学到 的知识运用到生活中去，如把学会的专业技 能为社会服务，由社会、家长和同学给予评 价，这种宽松的评价方式对发展学生的专业 技能水平是十分有利的。在实践中运用知识 三、评价方法改革，树立全面的评价观 １．教师评价和学生互评相结合 在以往评价中，教师是评价者，学生 是评价对象。但在这样的过程中，由于评价 的主动权掌握在教师手中，学生只能处于被 动应付的地位，因此，评价对学生的激励作 用也很难体现。在课程改革体系中，学生由 评价客体成为评价主体，从而提高了学习的 参与性，增强了学生的评价能力，这也有利 于学习者成就感的形成、目标的明确、个性 化的培养，也能充分反映课程改革的真实效 果。新课程的评价从静态的评价结果转向了 动态地评价整个过程，这就要求要求教师从 教师的“教”和学生的“学”等方面作一个 较完整的评价。 一的能力在课堂教学中是不容易获得的。 ４．校内评价和校外评价相结合 通过对用工单位的走访，了解学生所学 的专业技能在实际工作中的运用情况，及时 调整教学内容，使学生所学课程更能适应用 工企业的需求。 总之，在教学中，我们只有调整教学理 念，改进教学方法和评价制度，并结合市场 的需求，设置科学合理的专业课程体系，强 调实践教学、强化技能训练，突出受教育者 实践动手能力的培养，才能达到高职教育的 目标，完成职业教育的任务，培养出高技能 应用型人才。 ３５４一 早世再 …………………………一 銮 一 Ｊ ＤＳ１ ８Ｂ２０温度传感器的应用设计 天津经济贸易学校王云飞 【摘要】该设计介绍了Ｄｓ１８Ｂ２Ｏ型数字温度传感器内部结构及工作时序，并提出了以ＤＳ１８Ｂ２０￣ＡＴ８９Ｃ５１￣核心设计的数字温度计设计方案。实践证明，该数字式温度计 的测温范围为一５０￣＋１１０￣Ｃ，精度误差在０．ｆＣ以内，具有测温精度高，控制性能良好等特点。设计还介绍了一种基于５１单片机和Ｄｓ１８Ｂ２ｏ数字温度传感器来进行温度测量 的方法，包括温度传感器芯片的选取、单片机与温度传感器接口电路的设计，以及实现温度信息采集和数据传输的软件设计。该温度计完全适用－？－般的应用场合，也可 在高低温报警、远距离多点测温控制等方面进行应用。 【关键词】数字温度计；单片机；温度传感器 引言 在传统的温度测量系统中，一般采用 热电偶或铂电阻进行温度测量。在这些电路 中，有这样一些问题必须解决：为了进行准 确的温度测量，必须给铂电阻提供一个良好 的恒流源；由于热电偶出来的信号是模拟信 号，所以此信号在送给ＣＰＵ之前必须先进行Ａ／ Ｄ转换，然后再送给ＣＰＵ进行处理；并且热电 偶的信号很微弱，只有十几个ⅢＡ，因此在Ａ／Ｄ 转换之前通常还需要进行增益放大。因此， 采用热电偶和铂电阻进行温度测量，需要考 虑很多问题，构成的系统也比较复杂。 ＤＡＬＬＡＳ公司推出的数字式温度传感器ＤＳ １８Ｂ２０￣ｌ好地解决了这样一些问题，ＤＳＩ８Ｂ２０ 采用一线接口，只需占用单片机的一个Ｉ／ＯＨ 位，其外围电路也非常简单；并且ＤＳ１８Ｂ２０ 将测得的温度信号转换为数字量输出，可以 与单片机直接相连，而不需进行信号放大和 ＡＹＤ转换，大大简化了电路的设计，因此系 统采用了ＤＳ１８Ｂ２０作为温度传感器进行温度 ＋８５℃时精度为±０．５℃。 采集。 （４）ＤＳ１８Ｂ２０在使用中不需要任何外围元 １．概述 件，全部传感元件及转换电路集成在形如一 １．１设计的目的及意义 只三极管的集成电路内。 单片机实现的电子温度计的毕业设计是 （５）在９位分辨率时最多在９３．７５ｍｓ内把温 在学习单片机，ｃ语言，ＰＲＯＴＥＵＳ软件等基础 度转换为数字，１２位分辨率时最多在７５０ｍｓ内 把温度值转换为数字，速度更快。 上，综合应用所学的理论知识完成。 设计目的：整个系统以单片机ＡＴ８９Ｃ５１为 （６）可编程的分辨率为９～１２位，对应的 核心，结合数字温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０，数码管 可分辨温度分别为０．５＂Ｃ、０．２５℃、０．１２５℃和 显示等，实现温度的示数。 ０．０６２５℃，可实现高精度测温。 ３．２．２ ＤＳ１８Ｂ２０的外形和内部结构 单片机应用系统具有体积小、功耗低、 功能强、性能价格比高、易于开发和推广等 ＤＳＩ８Ｂ２０内部结构主要由四部分组成：６４ 优点，在自动化控制、仪器仪表和家用电器 位光刻ＲｏＭ、温度传感器、非挥发的温度报警 等领域中得到了广泛的应用。单片机应用系 触发器ＴＨ和ＴＬ、配置寄存器。ＤＳＩ８Ｂ２０的管脚 统设计主要包含以下两方面内容： 排列： （１）深入研究单片机的芯片功能，掌握与 其相关的接口电路，熟练掌握与其相关的软 件语言和设计方法，学习和了解现有系统的 设计原理和方法。 （２）学习和掌握传感器技术，掌握电子技 术的一般设计原理和方法。 Ｌ ２单片机简介 微型计算机可分为普通微型计算机和 单片微型计算机，前一种指我们通常所用的 Ｐｃ机，后者正是这次设计所使用的，简称单片 机。 ２．方案论证 方案一：热电偶的实现办法，需要比较 多的外部硬件支持，电路复杂，软件调试复 杂，制作成本高。实现上需要温度的补偿， 引脚定义： （１）ＤＱ为数字信号输入／输出端； （２）ＧＮＤ为电源地； （３）ＶＤＤ为外接供电电源输入端（在寄生 电源接线方式时接地）。 ３．２．３ ＤＳＩ８Ｂ２０与单片机的接口电路 确保ＤＳ１８Ｂ２０在其变换期得到足够的电源 电流，在Ｉ／Ｏ线上提供一强的上拉。 而此处采用外部电源供电方式，即在ＤＱ 件，测温范围一５５℃～１２５℃，分辨率最大可 ５．系统软件部分的设计 达０．０６２５℃。ＤＳＩ８Ｂ２０可以直接读出被测 软件部分主要有三部分构成： 温度值。而且采用３线制与单片机相连，减少 （１）温度的采集； 了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特 （２）温度数据的处理； 点。ＬＥＤ数码管作为显示器件，通过８９Ｃ５ ｌ构 （３）数值的显示。 建最小系统。 温度的采集： 综上所述，权衡各方面的利弊，我采用 时序及协议：该部分设计时主要考虑ＤＳ－ 方案二。 １８Ｂ２０工作过程及时序。 ３．系统元件选择 ＤＳＩ８Ｂ２０工作过程中的协议如下： ３．１主控制器选择 初始化ＲＯＭ操作命令存储器操作命令处理． ＡＴ８９Ｃ５１ 数据。 ３．２温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０ （１）初始化 ３．２．１ ＤＳ１８Ｂ２０的特性 单总线上的所有处理均从初始化开始。 （１）适应电压范围更宽，电压范围：３．０～ （２）ＲＯＭ操作品令 ５．５Ｖ，寄生电源方式下可由数据线供。 总线主机检测到Ｄｓｌ８２０的存在便可以发 （２）独特的单线接口方式，ＤＳ１８Ｂ２０在与 出ＲＯＭ操作命令之一。 微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微 （３）存储器操作命令 处理器与ＤＳ１８Ｂ２０的双向通讯。 指令 代码 （３）温范围－５５℃～＋１２５℃，在一ｌ０～ Ｗｒｉｔｅ Ｓｃｒａｔｅｈｐａｄ（写暂存存储器） ［４ＥＨ］ Ｒｅａｄ Ｓｃｒａｔｃｈｐａｄ（读暂存存储器）［Ｂ阴］ Ｃｏｐｙ Ｓｃｒａｔｃｈｐａｄ（复制暂存存储器） ［４８Ｈ］ Ｃｏｎｖｅｒｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（温度变换）［４４Ｈ］ Ｒｅｃａｌ ｌ ＥＰＲＯＭ（重新调出）［Ｂ８Ｈ］ Ｒｅａｄ Ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ（读电源）［Ｂ４Ｈ］ 参考文献 【１】马忠梅等．单片机的Ｃ语言应用程序设计（第三版） Ｍ．北京航空航天大学出版社，２００４． ［２】先锋工作室．单片机程序设计实例【Ｍ】．清华大学出版 社，２００３． 【３１万光毅等．单片机实验与实践教程口 ，北京航空航天 大学出版社，２００４ ［４］李叶紫等．ＭＣＳ一５１单片机应用教程嗍．清华大学出版 社，２００４． ［５】潘永雄著．新编单片机原理与应用 ．西安电子科技 大学出版社，２００５． ［６］汪德彪著．ＭＣＳ一５１单片机原理及接口技术 ．电子工 业出版社，２００３． 【７】汪建校，杨建国等．５１系列单片机及Ｃ５１程序设计 ｑ． 科学出版社，２００２． 与单片机接口处必须填加上拉电阻，该电阻 一般为４．７Ｋ。 ４．系统硬件设计 该系统是以ＡＴ８９Ｃ５１芯片为核心，通过 检测Ｄｓ１８Ｂ２０的工作与否，然后将其内部的 数字量温度读到单片机，通过相应的数码管 显示，当温度超出设定的温度时用蜂鸣器报 在满足精度时有一定的难度。 方案二：智能传感器ＤＳＩ８Ｂ２０作为检测元 警。其外围电路包括复位电路、晶振电路。 参考文献 【１】侯锰．２ 转炉倾动系统交流变频控制技术改造Ｕ】．酒 钢科技，２０１２，２０（３］：１３４－１３５． ［２］夏元弟．交流变频调速在转炉倾动控制中的应用卟工 业计量，２００７，２１（４）：１４３—１４５． 电气时代，２０１０２４（１）：１３０—１３２． 张卫明．交流变频技术在转炉倾动控制系统中的应用 【３］聂飞．２１０ｔ￣炉倾动交流变频控制系统开发与应用Ⅱ】． 田．冶金动力，２００９２１（４）：１５０—１５２． 屯—争ｔ垂｜界一３５５—
