《冶金自动化》２０１１年Ｓ２变频器在转炉倾动中的应用冯斌，李洁，郭孝丽（ｊＥ京首钢自动化信息技术有限公司传动事业部，北京１０００４１）摘要：介绍在首钢长治钢铁有限公司转炉炼钢项目中，如何成功地将两门子６ＳＥ７０变频器应用到转炉倾动控制中。通过一系列转炉倾动控制技术，实现－ｒ转炉的平稳倾动和精确定位控制。同时，对在调试中遇到的典型问题给出了分析和处理方法，对其他转炉倾动的调试也具有参考价值。关键词：转炉倾动；负荷分配；任意主从控制Ｏ引言转炉倾动装置在转炉冶炼操作中需要频繁地零速或低速时提供较大力矩输出。（３）抱闸必须和电气系统进行连锁，在电机建立足够的输出力矩后，松开抱闸。需要制动时，立即使电机停止。启动和制动，常常产生剧烈的扭转振动，出现强烈的扭振力矩冲击，这不仅影响转炉传动设备的机械寿命，甚至会导致设备事故。因此，在倾动装置的结构设计及电力传动设计调试上要考虑这一问（４）炉体需要进行准确平稳停车定位。（５）四台电机必须保持同步运行，无论启动，制动和正常工作状态，电机负荷必须平衡，转矩差的控制精度应小于输出转矩的６％。１．２电气参数（１）主电机参数数量：４台；型号：ＹＺＰＢ３１５Ｓ一１０Ｍ；额定电压：３８０题，要采取措施减小扭振力矩的振荡幅值，并吸收其冲击。本文论述了四点全悬挂式固定方式及扭力杆力矩吸收方式的结构中如何利用西门子变频器从电气传动的设计调试上减小其扭振力矩产生的振荡幅值，更好地实现转炉快速、平稳的启、停控制。系统已在首钢长治钢铁有限公司转炉炼钢项目上投入使用。Ｖ；额定电流：１２４Ａ；额定功率：５０ｋＷ；额定转ｒ／ｍｉｎ。速：５８５ｌ工艺要求及电气参数１．１工艺要求转炉在炼钢时是垂直的，炉口向上。当兑铁（２）编码器数量：４个；型号：ＥＣ５８Ｃ１０一Ｈ６ＰＡ－６００。（３）变频器水和出钢时，需要倾斜一定的角度。炉体倾动部分采用四台电机驱动，低速轴刚性连接，炉体采用四点悬挂式，辅以扭力杆作为力矩吸收。根据工艺要求，转炉炉体需能进行３６０。的倾动。一般情况下转炉倾动机构处于正力矩工作状态，其重量主要集中在下部。这样就可以保证转炉在事故状态下，炉体能自动复位，也就是说倾动机构具有势Ａ。数量：５台；额定功率：１６０ｋＷ；额定电流：３１５２系统配置转炉倾动控制装置选用五台西门子６ＳＥ７０变频器，驱动四台倾动电机，四用一备。主装置与电机间采用单对单的速度闭环控制方式，从装置和备用装置与电机之间采用无速度编码器的矢量闭环控制方式。装置之间通过一个Ｓｉｍｏｌｉｎｋ光纤通信环网，完成装置内部的数据交换，实现装置的主从控制。转炉倾动ＰＬＣ控制系统负责系统数据收发、电气上的逻辑控制，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。能负载特性。因此，电气控制系统需要满足以下要求：（１）有足够的启动力矩，以满足重载平稳启动的要求，并且频繁启动制动，无冲击，满足电机四象限运行的需要。（２）由于势能负载的转炉特性，变频器必须在收稿日期：２０１１４）６－０２；修改稿收到日期：２０１１４）６４）８作者简介：冯斌（１９７８・）．男，北京人。工程师，主要从事传动和自动控制设备的设计，开发和编程调试工作。・５４３・《冶金自动，ｒＥ））２０１１年Ｓ２３控制方案传动控制系统如图ｌ所示。本系统采用主／从控制方式，主装置采用双闭环控制，包括速度环控制和电流环控制，从装置只有电流环控制，其电流给定来源于主装置的速度环输出。五台倾动变频器中的１’和２。既可以为主也可以为从，操作员通过ＨＭＩ上韵按钮任意选择。另外三台变频器只作为从装置控制，它们通过接收ＰＬＣ指令选择主电机的转矩给定。其中备用变频器可以代替任何一台电机的控制装置。主／备用的切换需要在变频柜内切换双电源隔离开关，并在ＨＭＩ上做出相应选择。如果有一台电机损坏，系统还能实现三电机运行。ｌ‘２．３‘４．抱抱抱抱闸闸『甲Ｊ闸１。电机２．电机３。电机４．电机图ｌ传动控制系统倾动ＰＬＣ系统采用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ协议与五台变频器相连。每台变频器的控制命令，速度设定均由ＰＬＣ通过该网络发送，变频器同时向ＰＬＣ发送状态信息、实际速度、输出电流、输出转矩、故障代码等信息。五台变频器之间则通过Ｓｉｍｏｌｉｎｋ光纤电缆相连构成环网，如图２所示。Ｓｉｍｏｌｉｎｋ环网中每台变频器都有主站和从站功能，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，从站只能接收报文，不能去处理其中所含的信息。Ｓｉｍｏｌｉｎｋ通信网卡２４Ｖ电源由外部供电。这样，即使本柜变频器不工作也不影响Ｓｉｍｏ－ｌｉｎｋ环网通信。变频器之间的转矩设定就是通过该网络进行发送和接收的。西门子６ＳＥ７０变频器采用的是矢量控制模型，它将交流电机中的电流矢量分解为励磁分量和转矩分量，其中励磁分量等效于直流电机中的流，这样就可以按照直流电机的方式来控制交流・５４４．Ｅｔｈｅｒｎｅｔ｛￡吲昌ｌ・ｌ２・ｌ３・ｌ４．１５‘ｌ活动ｌ炉前《炉后变频器０变频器ｌ变频器８变频器ｌ变频器ｌ操作台９操作台０操作台６ＳＥ７０８６ＳＥ７００６ＳＥ７００６５Ｅ７０４６ＳＥ７０４ＥＴ２００８ＥＴ２００』ＥＴ２００Ｓｉｍｏｌｉｎｋ光纤环网图２网络配置电机。而通过６ＳＥ７０变频器启动电机的过程也分ｓ左右；第２步为了满足转炉的快速启动要求，我们需要变四台转炉倾动电机同轴刚性连接，如果四台采用一对一传动方式，在传动装置上设定”主一从”方式，确定主传动装置，通过脉冲编码器引在几台变频器中，设置某一台为主机，其他为为两步，第１步建立磁场，此时电机中通入的电流全部是无功电流，等效于励磁电流，由于电机没有输出转矩因此并不转动，这个过程所需时间根据电机的不同略有不同，基本在１．５转动电机，在电机磁场达到额定时，变频器向电机中通人有功电流，等效于电枢电流，电机输出电磁转矩。频器在收到速度设定时直接进入第２步，因此必须进行励磁电流预置。通过提前给变频器发出运行命令，使变频器先完成第ｌ步工作，建立励磁，同时封锁变频器速度设定及速度调节器，保证电机没有电磁转矩输出并保持在静止状态。当变频器收到速度设定时，解除速度调节器封锁，从而使电机立刻输出电磁转矩。４．３多电机的负荷平衡控制技术电机的输出转矩不平衡，即电机输出转矩大小不一，必会造成电机负荷的不平衡，缩短电机使用寿４技术要点４．１光纤环网——传动装置内部网络构成４．２电机励磁电流预置技术励磁电流，转矩分量等效于直流电机中的电枢电命。负荷平衡是一个控制难点，主要是因为信号传递和设备参数不对称性造成的。入速度反馈信号，设置公用的速度调节器，将主传动电流调节器的输入信号同时输出到三台从装置的电流调节器中，由于电流调节器的输入信号是相同的，其输出也相同，故四台电机可保证在等同的负荷下运行，从而保证了运转设备的平稳性和负荷的均衡性。从机，主机以广播的方式向从机发送指令，并跟踪检查从机的状态，以实现协制。西门子变频器提供了一种装置之间的快速通信方式——Ｓｉｍｏ．１ｉｎｋ光纤环网，不经过ＰＬＣ，直接在装置之间进行《冶金自动４匕｝２０１１年ｓ２快速通信。由于采用ＰＬＣ控制，当任意一台变频器发生故障时，整个系统立刻停止。只有该变频器故障排除后，系统才能重新启动，投入运行，从而大大提高了系统可靠性。４．４任意主从控制技术本系统的任意主从技术采用的是ｌ’和２。两台电机可以任意主从，虽然理论上系统可以实现四台电机的任意主从技术。这是因为当任意主从电机的数量超过两台之后，逻辑程序联锁的复杂性和变频器内部设置的参数数量都会大大增加，而且每一个主装置必须有一个速度环，也就是需要一个编码器及一根屏蔽电缆。四电机任意主从相比两电机任意主从在系统可靠性上的提高有限，而且还增加了程序量、参数、故障点及投资，降低了系统的稳定性，显然不是最佳方案。４．５倾动的制动控制技术为了实现安全启动和准确停车，防止炉体失去动力时的溜车事故发生，制动方式采用电气制动和机械抱闸制动相结合的办法。（１）电气制动电气制动是变频器通过增加制动电阻来消耗电机能量使电机迅速停止的一种制动方式，它作用的时间取决于变频器参数设定。（２）机械抱闸制动对于势能性负载，没有机械制动器是不行的。在电机突然断电或中途启动时，必须靠机械制动来控制负载的转动。倾动的抱闸必须在电机建立了一定的转矩、电流后才能松开，ＰＬＣ通过检查变频器发送过来的电机电流和转矩，在满足一定条件（本系统设定为电机额定转矩的２０％）之后，通过硬线来控制抱闸的打开，从而使转炉开始转动。在停车时，ＰＬＣ通过检查变频器发送过来的电机转速，在满足一定条件时（速度设定为零，电机转速低于额定转速的５％）关闭抱闸，从而使转炉迅速停止，它作用的时间取决于ＰＬＣ程序设定。抱闸控制是本系统非常关键的一个技术环节。转炉倾动什么时候松闸，什么时候抱紧非常重要。松闸时间太早，而装置力矩还没有建立起来时就会出现转炉的可能，那将导致非常严重的事故；抱紧时间太早，会使电机短时处于堵转状态，如果此时速度较高，不但会大大增加抱闸的磨损从而减少其使用寿命，而且会对机械设备造成冲击。因此抱闸只能由ＰＬＣ来控制，在系统发出运行命令之后，只有在ＰＬＣ检测到所有电机力矩都具备条件才能松开抱闸，在系统发出停止命令后转速下降至一定的数值时抱紧，大大提高了系统应用的可靠性。５调试中遇到的问题及分析处理５．１从装置报堵转Ｆ０１５故障的分析处理本项目原先的设计是四台电机均安装编码器，四台常用变频器也都采用编码器闭环控制，一台备用装置采用无速度编码器的矢量闭环控制。调试中发现１’装置ＳＢＰ板损坏，致使１’装置无法正常工作。在现场没有多余ＳＢＰ板的情况下，只能将４４装置的ＳＢＰ板移到１４装置上。４。变频器的控制方式也由编码器闭环（Ｐ１００＝４）改为矢量闭环（Ｐ１００＝３），中间没有优化。随后转炉运行中，４。装置经常报Ｆ０１５堵转故障，使得整个系统无法正常工作。在变频器处于转矩控制或者从状态时，Ｆ０１５故障跟速度调节器无关，只跟电机模型有关，而４。变频器此时只有一个电流环。因此判断此故障为干扰，通过Ｐ８３０将其屏蔽。在屏蔽该故障之后，系统运行一切正常。５．２转炉叩头现象的分析处理在转炉调试过程中，时常发生系统发出正转命令转炉却先反转然后正转的现象。通过Ｄｒｉｖｅ．Ｅｓ和ＤｒｉｖｅＭｏｎｉｔｏｒ软件分析系统运行时的特性曲线（如图３所示），我们发现，当电机制动时，电机转速总是先于设定值回零。也就是说抱闸制动总是先于电气制动，而电机刚停止时，变频器并没有停止运行，这就造成了变频器处于堵转状态，电机电流也会很快达到饱和。如果此时系统给出一个反向速度设定，在这个饱和电流没有消失前，系统肯定会在这个饱和电流的影响之下继续正转，直到这个饱和电流消失系统才能正常工作。解决此问题的关键就是协调两种制动的时间，使其一致。５．３变频器重新启动的分析处理３。变频器时常发生重新启动的现象，而每次变频器重新启动都会导致整个系统的故障。这是因为变频器重启会导致Ｓｉｍｏｌｉｎｋ环网的短时中断，而Ｓｉｍｏｌｉｎｋ环网是负荷分配的关键，它的中断又会导致四台电机负荷不一致，从而使系统发生故障。后经检查发现，该现象是由于外部干扰造成的。在系统运行时，通过万用表测量到的变频・５４５・《冶金自动４匕｝２０１１年ｓ２＿盖鱼划叠置｝旦！盟到曼剧劐“［ｊ！三］一（！固ｏ［！窭窭：！］％爨口３变额器ｉ行特性曲线自＆一４Ⅸ＊Ｚ，２‘自《—《ⅨⅡ∞．４。自《一＃＆自ｍ，５‘自《＃ｍ＃ｍ器开关量输人信号线上有最高７０Ｖ的交流感应电压，正是这…感应电压造成变频器重新启动；造成这一干扰的源是电缆施Ｔ不规范，变频器副电控制技术、倾动的制动控制技术等多项转炉倾动控制技术，使得转炉负荷分配控制精度提高到５％以上，倾动速度误差控制在１％以内。该系统投人运行以来．运行情况良好，可靠性高。参考文献马竹梧钢铁Ｔｎ自动化（炼锕卷）［Ｍ．北京：暗盒工业出暖社．２００３『＊＃：赵晓＆］机的电缆没有进行有嫂的接地防护，而信号线的敷设又投有与动力电缆分开。６结束语本文紧密结合首钢长治钢铁有限公司转炉炼钢项目，在转炉倾动系统中，提出了电机励磁电流预置技术、多电机的负荷平衡控制技术、任意丰从
