基于plc和變頻器的高爐料車電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于plc和變頻器的高爐料車電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1高爐自動化控制系統(tǒng)在高壓機(jī)的鐵路運(yùn)輸中，上料系統(tǒng)是設(shè)備的重要組成部分之一，其可靠性直接影響到生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。本文描述的是西門子雙6SE70變頻器在該系統(tǒng)的應(yīng)用,并對該系統(tǒng)的傳動控制部分進(jìn)行討論。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)獨(dú)立成套,可以完成料車的各種功能。它也可以通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)連接到整個高爐系統(tǒng)中作為分級之一,將數(shù)據(jù)送給槽下系統(tǒng)與其他控制層進(jìn)行連鎖,進(jìn)行控制優(yōu)化選擇,達(dá)到最優(yōu)化運(yùn)行。本設(shè)計(jì)已在現(xiàn)場通過運(yùn)行檢驗(yàn)。依據(jù)山東日照鋼鐵公司高爐自動化控制系統(tǒng)電氣設(shè)備及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,本著技術(shù)先進(jìn)、可靠實(shí)用的技術(shù)原則,遵循三電(電子計(jì)算機(jī)、電氣自動化儀表、電氣傳動)合一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化的控制思路,設(shè)計(jì)了一套基于PLC和變頻器的高爐料車電控系統(tǒng)。文章首先對高爐上料主卷揚(yáng)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和拖動系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行了說明。然后介紹了以西門子6SE70變頻器為核心的上料主卷揚(yáng)電力傳動系統(tǒng),其中采用S7-300PLC完成料車位置信號的采集、控制及系統(tǒng)監(jiān)視,實(shí)現(xiàn)與其他部分操作站數(shù)據(jù)的相互傳輸。最后,本文按照工藝和控制要求設(shè)計(jì)了高爐電控系統(tǒng),設(shè)定了具體參數(shù),實(shí)現(xiàn)了相關(guān)功能。2系統(tǒng)配置2.1卷筒的組成卷揚(yáng)機(jī)是上料的驅(qū)動設(shè)備,主要由電機(jī)、減速機(jī)和卷筒組成。卷揚(yáng)機(jī)必須安全可靠,調(diào)速容易,在終點(diǎn)位置能準(zhǔn)時停車,自動傾翻卸料。卷揚(yáng)機(jī)的作業(yè)率一般不超過75%,低料線時能及時趕上料線。2.2牽引料鏈上料料車由車體、車輪、轅架3部分組成。料車容納礦14t,焦4.5t。具有東、西兩輛上料小車在同一卷揚(yáng)電機(jī)牽引下交替上料,當(dāng)?shù)V槽下備料完畢、爐頂上料允許時,卷揚(yáng)電機(jī)啟動牽引料車上料。在整個上料過程中料車運(yùn)行速度隨安裝在軌道上的各個加、減速點(diǎn)進(jìn)行切換。在任何一車到達(dá)爐頂時必須滿足爐頂柱塞閥和上密封閥關(guān)到位。否則上料小車需在軌道中間位置制動停車,由于小車載重量大,在中間位置停止和啟動時易發(fā)生溜車危險(xiǎn),故小車限位點(diǎn)和小車上料時運(yùn)行速度應(yīng)精確設(shè)計(jì),保證在不發(fā)生上述情況下以最快的速度為高爐供料。2.3高爐上料及主令控制器傳動系統(tǒng)由2臺6極250kW電機(jī),2個主令控制器(與滾筒同軸連接)采集料車的位置用。系統(tǒng)用S7-300的PLC控制,采取雙用雙備變頻器(6SE7037-0EK60),保證高爐上料的連續(xù)性;使用主令控制器,準(zhǔn)確定出料車所在位置,從而保證PLC可以知道料車位置,便于控制。在軌道斜面安裝2個行程開關(guān),作為料車位置的極限保護(hù),還有2個松繩開關(guān),一個料車卡住不動時主控室可以知道。3主回路-合閘控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。采用雙變頻控制雙電機(jī)的方式,使用西門子6SE7037-0EK60變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速,通過主令控制器(與滾筒同軸連接)采集料車的位置,控制變頻使速度改變,同時控制機(jī)械抱閘的開閉,從而實(shí)現(xiàn)控制要求。為了能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性使用4臺變頻器雙用雙備。卷揚(yáng)電機(jī)原理如圖2所示。另一電機(jī)與此相同,每個電機(jī)變頻是一用一備,保證一個故障時仍然可以保證上料。圖2中-AQK1和-BQK1為1000A的隔離開關(guān),-1QF和-BQF為800A的斷路器,-QS1為單刀雙擲刀開關(guān),-AKM1和-BKM1為合閘接觸器,-11KM和-12KM為互投切換接觸器(主要作用是防止電壓返向進(jìn)入備用變頻器的輸出端),Q2,Q3,KM2,KM3為公用部分(控制電機(jī)抱閘和電機(jī)風(fēng)機(jī))。電機(jī)主回路連鎖如圖3所示。圖3中-K00為PLC發(fā)出的合閘允許指令,-K07為PLC發(fā)出的分閘指令,-K06為PLC發(fā)出的合閘指令,-K1為合閘中間繼電器,當(dāng)出現(xiàn)故障時通過PLC發(fā)出分閘指令,變頻進(jìn)線柜分閘切斷主回路供電,從而減少更大事故發(fā)生。圖3中虛線內(nèi)的元件安裝在機(jī)旁操作箱內(nèi),可以實(shí)現(xiàn)就地操作(合閘SA4、分閘SA5、左右車超極限和松繩復(fù)位合閘),主要是在調(diào)試和發(fā)生故障及檢修期間使用。操作工發(fā)出料車1上行指令,當(dāng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到100%時,給出開抱閘指令,開啟抱閘,變頻器由0Hz開始提速,到8Hz后保持一段時間使料車平穩(wěn)的出地坑過彎軌進(jìn)入直軌開始加速至全速運(yùn)行,變頻器的固定頻率為50Hz;隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動,主令控制器的K61閉合斷開,信號至PLC,由PLC發(fā)出中速指令,選通變頻器的固定頻率30Hz,電機(jī)以中速運(yùn)行;當(dāng)主令控制器的K62閉合斷開時,選通變頻器的固定頻率8Hz,電機(jī)以低速運(yùn)行,低速料車可以在很小的沖擊下停止;當(dāng)主令控制器的K63閉合時說明到了低速檢查點(diǎn),判斷頻率是否減到低速(10Hz以下),當(dāng)主令控制器的K64閉合說明料車已經(jīng)達(dá)到終點(diǎn),變頻器封鎖輸出,同時關(guān)閉機(jī)械抱閘,料車l送料完畢。料車2重復(fù)如上過程。料車正常上料時速度變化曲線及參考限位如圖4所示。變頻器相關(guān)主要參數(shù)設(shè)置表如表1所示。4解決實(shí)際問題1交流變壓器的選型高爐上料卷揚(yáng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是主卷電動機(jī)工作頻繁,負(fù)荷重,啟動轉(zhuǎn)矩要求高,要求有足夠的提升、運(yùn)載能力,上料量及上料速度要滿足高爐強(qiáng)化生產(chǎn)的要求。所以變頻選型時首先要注重可靠性,目前高爐上料系統(tǒng)主要選用的品牌有西門子、安川、AB、富士、ABB、三菱等。變頻器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩計(jì)算比較復(fù)雜,實(shí)際選用時多以經(jīng)驗(yàn)選型,變頻器容量應(yīng)比卷揚(yáng)電機(jī)容量大一擋甚至兩擋。來提高電機(jī)的過載能力,故變頻器選配315kW,而在品牌上采用西門子的6SE70系列產(chǎn)品,主要原因是它的高可靠性和可控性強(qiáng),必選配制動單元和制動電阻,保證快速停車。2損傷都是損傷電機(jī)同步的調(diào)節(jié)可為重中之重,兩個電機(jī)同時工作,同時停止,這個功能實(shí)現(xiàn)不了對電機(jī)、機(jī)械損傷都很大。采用西門子的專門用于快速同步數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟imolink光纖來傳輸控制指令,光纖的快速性可以滿足電機(jī)要求的快速響應(yīng)性,再通過PROFIBUSDP傳輸主從機(jī)選擇指令,設(shè)立主從機(jī),主機(jī)以速度環(huán)通過光纖傳給從機(jī)轉(zhuǎn)矩,從機(jī)以轉(zhuǎn)矩環(huán)運(yùn)行,從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩同步。3電機(jī)的軟啟動變頻器從0Hz開始加速,通過斜坡時間至全速,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的軟啟動,考慮到卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩的伸縮以及減速機(jī)的齒隙影響,在加速開始加入圓弧曲線,從而進(jìn)一步減小對機(jī)械部分的沖擊。4抱閘的關(guān)閉當(dāng)變頻器收到正轉(zhuǎn)(或反轉(zhuǎn))指令后,經(jīng)過變頻主機(jī)判斷轉(zhuǎn)矩達(dá)到100%延時0.2s后,打開抱閘,料車上行,隨著低速段的選通,電機(jī)處于爬行狀態(tài),當(dāng)PLC檢測到終點(diǎn)信號時,發(fā)出停車命令,變頻器封鎖輸出執(zhí)行,同時關(guān)閉抱閘。如此控制抱閘既防止變頻器過流保護(hù),又防止料車下滑。5電氣部