變頻器在高爐主卷揚上的應用

1、西門子變頻器在高爐主卷揚上的應用摘要：本文介紹西門子70矢量控制型變頻器在標準的PROFIBUS 網(wǎng)絡中應用。以及對該系統(tǒng)的通訊及傳動控制部分進行討論一、概述：在高爐煉鐵生產(chǎn)中，一般把按照品種、數(shù)量稱量好的爐料從地面的貯礦槽運送到爐頂?shù)纳a(chǎn)機械稱為高爐上料設備。料車主卷揚是上料系統(tǒng)的核心設備，其可靠性直接影響到生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益。本文對西門子矢量控制型變頻器在該系統(tǒng)改造部分的應用，以及該系統(tǒng)的傳動控制部分進行討論。二、系統(tǒng)組成：1、機械部分構成由一臺卷揚機拖動兩臺料車，料車位于軌道斜面上，工作過程中，當裝滿爐料的料車上升時，空料車下行，空車重量相當于一個平衡錘，平衡了重料車的自重。兩料車交替上

2、料，即其中一臺料車載料上行，另一臺為空車下行，運行過程中電機始終處于負載狀態(tài)。2、電氣部分構成系統(tǒng)由一臺S7400的PLC做主站，主令控制器用普通導線傳輸。西門子變頻器、卷揚低速軸同軸安裝絕對式編碼器通過PROFIBUS與主站進行數(shù)據(jù)傳送，通訊介質(zhì)采用雙絞帶屏蔽的銅芯電纜。操作指令由WINCC人機界面發(fā)送到PLC。如圖（1）3、系統(tǒng)工作原理：圖2中：VVVF為西門子70變頻器，KM1為輸入接觸器，KM2為輸出接觸器，KM3為抱閘接觸器，M為卷揚電機，M1為液壓推動器。CBP2為變頻器通訊板。24V輔助電源用于當網(wǎng)側電壓中斷時，支持裝置的通訊功能和診斷功能。制動單元，制動電阻在電機制動或加/減速

3、時把動能轉換成熱能。工作原理：操作工發(fā)出料車1上行指令，上位機通過控制字發(fā)出開機及正轉命令，同時主給定值HSW給出變頻器的高速頻率45Hz，變頻器由0Hz開始提速， PLC控制開啟抱閘，料車上行，直到全速運行；隨著電機的轉動，主令控制器的K1閉合至PLC（如圖3），由PLC發(fā)出低速指令，同時主給定值HSW給出變頻器的低速頻率10Hz，電機以低速運行；當主令控制器的K3閉合時說明料車已經(jīng)達到終點，變器封鎖輸出，同時關閉機械抱閘，料車l送料完畢。料車2重復如上過程（主令點改變）。三、系統(tǒng)通訊原理1、通訊輸入變頻器掛現(xiàn)場總線，通過網(wǎng)絡進行信息交換，對應 PROFIBUS總線形式，配用CBP2接口板。

4、PLC的PPO類型設為4，其數(shù)據(jù)傳送特征為：變頻器接收1個控制字，5個設定字；發(fā)送2個狀態(tài)字，4個實際值設定字。由于頻率是通過網(wǎng)絡設定，故具有通訊速率高，精度高、穩(wěn)定可靠，接線簡單等優(yōu)點。而在模擬量控制時，PLC輸出端經(jīng)過一個數(shù)模轉換器，經(jīng)過導線，進入輸入端（變頻器）又經(jīng)過一個模數(shù)轉換器才能參與控制。兩個轉換器位數(shù)不同和導線損耗都可能造成一定誤差。而網(wǎng)絡通訊傳遞直接是數(shù)字量不需要轉換，沒有誤差，在傳輸過程中不會造成損耗，而且響應速度率也會很高。2、通訊設定西門子S7400作為主站，主卷揚變頻器做為從站。主要通訊信息有兩種：（1）浮點數(shù)主要為設定速度，實際電流，實際轉矩，實際頻率等；（2） 開關

5、量主要是正/反轉、開機指令及運行狀態(tài)，和一些故障報警的指示等。變頻器發(fā)送與接收的報文如圖（4）、圖（5）。四、系統(tǒng)的保護：1、在卷揚同軸安裝一只掛在PROFBUS DP網(wǎng)上的絕對式編碼器，上位PLC讀取編碼器的實時數(shù)據(jù)，通過計算設定為極限保護點，以防止主令控制器失靈時的最后保護，防止料車“沖頂”事故的發(fā)生。2、編碼器另一個重要功能是測定料車的實時速度，通過主令控制器的配合，完成對料車的超速保護、低速檢查，反向保護。21、超速保護：料車運行中，PLC根據(jù)編碼器測得的料車實際速度，全程監(jiān)控料車不得超過最高速度，否則PLC輸出急停關閉變頻器、機械抱閘同時制動，并輸出報警。22、反向保護：反向保護是當

6、電機起動時起動力矩不能克服料車重力矩，形成重料車下滑。PLC根據(jù)編碼器測得的料車實際速度方向，判斷料車運行方向是否錯誤，從而起到保護作用。起動完后料車具有慣性，形成反向的可能性很小，但反向保護也是全程的。23、低速檢查：當主令控制器的K2閉合時（圖3），PLC根據(jù)編碼器測得的料車實際速度，檢查變頻器是否已減速。若否，立即停止變頻輸出，抱閘制動。若是，繼續(xù)運行。3、對于變頻器自身故障由PLC通過 PROFBUS DP網(wǎng)采集，當故障發(fā)生時，立即關閉機械抱閘，以防止料車下滑。4、變頻器X9端子7/9輸出變頻準備好接點信號，故障時斷開輸入接觸器KM1，切斷變頻器電源。五、過程中遇到的問題1、變頻器選型

7、：考慮到冶金系統(tǒng)的設計特點，變頻器選配160kW，電機選配110kW。由于冶煉強度增加每車料加重，電機運行電流過大，發(fā)熱嚴重，后改為132KW 電機，才滿足生產(chǎn)要求。由于加/減速時有再生能量，故選配制動單元和制動電阻。2、在空載調(diào)試階段：由于機械減速箱傳動比偏小，調(diào)試初期高速時50HZ運行，料車速度太快，在做料車高速急停試驗時，鋼絲繩松馳致使料車出軌，故高速時改為45HZ。把第一次減速時主令控制點推后。但保證每車上料時間40S。3、制動器的配合當變頻器收到正轉(或反轉)指令后，為防止變頻器低頻起動力矩偏小，不足以克服裝料重車而下滑。變頻器通過狀態(tài)字將電機力矩反饋到上位機PLC。當電機力矩達設定

8、值時，（力矩值設定按最重料車啟動時不下滑為準），且經(jīng)過0.5秒延時后，PLC才打開抱閘，隨著低段速的選通，電機處于爬行狀態(tài)，當PLC檢測到終點信號時，發(fā)出停車命令，變頻器封鎖輸出執(zhí)行停止，同時關閉抱閘。如此控制抱閘既防止變頻器過流保護又防止料車下滑六、技術性能及特點：以上述方案改造的韶鋼煉鐵廠1號、2號、6號高爐主卷揚系統(tǒng)，自2002年3月投入運行以來，至今電氣部分未出一次故障，料車“沖頂”、“掛頂”事故也從未發(fā)生過，提高了生產(chǎn)效率，降低了設備維護、運行費用。西門子變頻器可靠性高，控制方便，尤其是低頻特性好值得在起重行業(yè)推廣應用。西門子高效變頻器在高爐自動控制系統(tǒng)中的應用發(fā)表日期：2005-0

9、9-12 瀏覽人數(shù)： 248 作者：張峰 來源：網(wǎng)易行業(yè) 評論 0條 一、高爐卷揚上料及布料過程簡介高爐上料的形式主要有兩種:一是卷揚料車上料，二是皮帶上料，由于料車上料占地面積小，在中小高爐中得到廣泛的應用，如中型高爐卷揚系統(tǒng)采用雙電機控制，小高爐采用單電機控制。卷揚上料系統(tǒng)的主要過程是：各種原料經(jīng)過槽下配料后放入中間料斗，料車到料坑后，中間斗把料放入料車，中間斗閘門關到位并且爐頂準備好后，料車啟動，經(jīng)過加速勻速（高速）減速1減速2，到達爐頂。二、控制系統(tǒng)方案2.1 上料及爐頂系統(tǒng)主要電氣設備1、 卷揚機構交流電機功率160kW，三相交流380伏一臺。2、 冷卻風機電機3

10、.7kW，三相交流380伏一臺。3、 料車制動器1kW，兩相交流380伏兩臺。4、 料車行程編碼器，OMRON一臺5、 智能主令控制器一臺。6、 料車切換柜一面、交流變頻傳動柜2面，一用一備，制動電阻柜一面。7、 料車變頻器選西門子6SE70 200kW兩臺，配套制動單元。8、 PLC配置如表：CPU4146ES7 414-2XG03-0AB0只1DI 32點 DC24V6ES7 4211BL000AA0 只6DO 32點DC24V6ES7 4221BL000AA0 只3模擬量AI 8點6ES7 4311KF100AB0只2模擬量AO6ES7 4321H

11、F100AB0只1 2.2 基本工藝要求1、 料車卷揚機：料車卷揚機按料車行程曲線運行；2、 在PLC及操作臺手動方式下，滿足高、中、低速調(diào)速要求；3、 料車啟動、停車及加、減速應平穩(wěn)，速度控制受負載(空載或滿載)影響較??；4、 主卷揚有鋼繩松弛保護和極限張力保護裝置(過流保護)；5、 料車有行程極限,超極限保護裝置，低速檢查保護；6、 料車尚未到達行程終點的卷筒反轉保護；在卡車的狀態(tài)下,可允許停車或有控下行。2.3 設計方案    系統(tǒng)框圖如圖1所示， (1) 主卷揚變頻調(diào)速裝置 &

12、#160; 我們采用西門子公司的6SE70全數(shù)字交流變頻調(diào)速供電裝置。系統(tǒng)配置了配套制動單元和獨立的制動電阻柜，采用能耗制動方式實現(xiàn)卷揚系統(tǒng)的制動。供電裝置的工作方式選用一備一用方式，通過切換柜中的三刀雙擲刀開關完成備用切換。每個變頻器的控制信號通過切換柜的電氣設備來完成基本聯(lián)鎖及控制，在主PLC與切換柜之間、操作臺與切換柜之間利用繼電器相互隔離，使料車的控制可以由PLC或操作臺分別控制系統(tǒng)，提高整個系統(tǒng)的可靠性。抱閘由6SE70裝置中的抱閘專用控制功能來實現(xiàn)料車運行中的抱閘控制及聯(lián)鎖控制。調(diào)速裝置的交流進線是通過交流進線電抗器解耦，并且進線電抗器設置在電源切換柜中，相當于兩套變頻器

13、共用一臺進線電抗器。在切換開關后面分別接兩臺出線電抗器，消除出線高次諧波，保護電機。料車定位采用絕對值編碼器來完成，信號是格雷碼，以開關量的形式送給PLC；主令控制器采用增量式編碼器，脈沖信號送給主令控制器的內(nèi)部小PLC。料車定位編碼器器通過Profibus-DP與PLC聯(lián)網(wǎng)。(2) 料車定位    高爐卷揚料車的傳統(tǒng)定位方式是機械式的主令控制器，目前來看，使用起來有很多問題，定位精度差，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，機械觸點容易氧化，位置發(fā)生變化后，必須休風，跑幾次空車，調(diào)整料車位置。我們現(xiàn)在采用的方案是智能主令控制器與編碼器（PLC）結合對料車進行定位，通過數(shù)字面板來調(diào)整料車

14、位置，如料車位置發(fā)生變化，只需在數(shù)字面板上改變料車位置的數(shù)值即可完成對料車的定位。同時，主令控制器所檢測到的數(shù)據(jù)與主PLC中的數(shù)據(jù)相比較，誤差小于允許值時認為定位準確。(3) 料車運行簡介    料車在料坑底部(另一料車在頂部)，備料裝好后，地坑閘門關閉，爐頂受料斗料空，申請上料，由主PLC發(fā)出命令給變頻器，6SE70在接到開車命令后系統(tǒng)解封。通過6SE70系統(tǒng)中的抱閘控制功能，建立在抱閘狀態(tài)下的轉矩限幅給出的啟車力矩電流后，6SE70系統(tǒng)發(fā)出打開抱閘命令，使抱閘打開，實現(xiàn)料車的平穩(wěn)啟動。當料車啟動運行后，所需的運行力矩電流大于啟車力矩電流后，原來建立的轉矩限幅將

15、恢復到正常的限幅值。啟車后，料車將以啟車加速度a1=0.25m/s2進行加速至V2.36m/s。待爐頂另一料車退出分歧軌后，當上行料車運行至接近爐頂時，由主令控制器發(fā)出減速1信號給切換柜，由切換柜發(fā)給6SE70使料車按a3=0.25m/s2減速至V=1.0m/s的中速運行。當上行料車進入分歧軌前，主令控制器發(fā)出減速2的命令，使料車以a3=0.2m/s2減速，在此過程中主令控制器器還會發(fā)出低速檢查命令，6SE70系統(tǒng)此時會根據(jù)料車在此點的實際運行速度作出比較判斷，料車運行至爐頂時，主令控制器發(fā)出停車命令，由PLC控制6SE70完成停車，抱閘閉合，此時料車的停車位置應是工藝要求的角度，即能將車內(nèi)的

16、爐料倒凈而又不撞極限彈簧。(4) 料車運行保護    所有使用卷揚上料的廠家，最擔心的就是料車失控，產(chǎn)生飛車事故，一旦出現(xiàn)此類事故，那么所造成的停產(chǎn)時間和損失都無法估算，為避免這樣的事故發(fā)生，我們重要采取的措施是松繩檢測和低速檢查保護。有松繩現(xiàn)象出現(xiàn)時，松繩開關會立刻給PLC發(fā)出信號，PLC收到松繩信號以后，立刻給供電裝置發(fā)出停車命令，并同時給抱閘發(fā)出停車的命令。作為卷揚上料無論是直流裝置還是交流裝置，都是用速度閉環(huán)的方式，在工藝要求低速的地方增加主令控制信號，該信號觸發(fā)變頻器的速度比較功能，一旦出現(xiàn)飛車失控的現(xiàn)象，比較值大于設定值測速裝置就會向供電裝置發(fā)出真實的

17、速度信號，裝置通過對速度信號鑒別，發(fā)現(xiàn)本給定所需要的反饋信號不符，那么裝置就會自動關閉，并同時向控制它的PLC發(fā)出故障信號，接到信號以后，PLC馬上發(fā)出停車抱閘的指令，并按程序設定進行斷電等其它保護措施。3、系統(tǒng)特點系統(tǒng)將PLC技術與變頻器技術相結合，極大地提高系統(tǒng)性能，成為生產(chǎn)控制的堅實基礎。在此基礎上開發(fā)出以下幾個有特色的功能。（1）設備故障檢測報警：這一功能由兩部分構成:PLC中的實時檢測程序和計算機上的報警及記錄程序。（2）料車定位：采用主令控制器與編碼器（PLC）結合對料車進行定位，定位準確，調(diào)整方便，在約60m長的軌道上定位精度可達0.6cm。（3） 料車啟動控制：料車啟動前，必須提前判斷爐頂狀態(tài)，防止在軌道中間停車。目前為追求產(chǎn)量，都是大料批上料，料車如在軌道中間停車，再啟動時較危險。（4） 安全獨立操作方式：由主PLC和操