高爐主卷揚調(diào)速方案的選擇與應(yīng)用

高爐主卷揚調(diào)速方案的選擇與應(yīng)用

高粱主卷是高粱上料系統(tǒng)的心臟設(shè)備。它的主要功能是將不同類型的原料通過一定的比例轉(zhuǎn)移到中部的預(yù)緊器中，然后通過一條探井式設(shè)備將其運到經(jīng)過處理的高管頂部的上料斗。完成上料過程。傳統(tǒng)的中小型高爐多采用雙料車交替上料方式上料,主要設(shè)備包括:料車坑、料車、斜橋、卷揚機,運轉(zhuǎn)方式為:主卷揚電機驅(qū)動齒輪變速箱,變速箱低速軸連接滾筒旋轉(zhuǎn),纏繞在滾筒上的鋼絲繩通過繩輪改變方向后連接路軌上的料車,滾筒旋轉(zhuǎn)料車交替上下運行。整個過程料車的運動狀態(tài)是:靜止→加速→勻速(高速)→一次減速→二次減速→停止。整個運動過程中為保證料車的安全運行,必須在適當?shù)奈恢冒l(fā)出控制信號,以控制抱閘的打開或閉合,從而避免料車沖頂或溜車。因此,主卷揚調(diào)速性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到高爐的生產(chǎn)效率。料車的運行曲線見圖1。1一般介紹主輥泵的功率提升方法1.1料車加速上升系統(tǒng)要求高爐卷揚連續(xù)重車變速上升的工藝要求,決定了其負載及控制具有以下特點:(1)重負載。啟動時需要較大的起動力矩和足夠的提升運載能力,這就決定其具有重載力矩的特性。(2)位能負載。由于料車在路軌上,空間位置上具有位能。當料車加速上升時,系統(tǒng)要克服重力、摩擦力等做功,屬于阻力負載。當料車減速時電動機變成能量接受者,系統(tǒng)又變?yōu)閯恿ω撦d。(3)速度可調(diào)。由于料車從靜止于料坑段加速上升,后減速停止于爐頂受料斗,速度不停地轉(zhuǎn)變,這就需要控制穩(wěn)定,速度平滑可調(diào)。(4)控制可靠。其要求表現(xiàn)在:能停位準確、保證不溜車、保證過載保護、保證與槽下和爐頂控制系統(tǒng)連鎖等?；谝陨暇頁P系統(tǒng)的負載特性和控制要求,適合于主卷揚拖動系統(tǒng)的主流有以下三種。1.2轉(zhuǎn)子系數(shù)控制器該調(diào)速方案又分為定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組,其中又以轉(zhuǎn)子繞組串電阻調(diào)速方案優(yōu)越,被廣泛應(yīng)用于風機、起重設(shè)備。其原理簡單,初期投資少,在20世紀70～80年代也曾被廣泛應(yīng)用于高爐主卷揚拖動,如廣鋼3#高爐、4#高爐等。下面是三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式:n=n1(1?s)=60f1p(1?s)n=n1(1-s)=60f1p(1-s)(1)由公式(1)可知,轉(zhuǎn)子繞組串電阻調(diào)速是一種能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速,即調(diào)速過程中保持同步轉(zhuǎn)速不變,通過改變轉(zhuǎn)差率以達到調(diào)速的目的。其調(diào)速原理和特性曲線見圖2。該種調(diào)速在轉(zhuǎn)速降低時,轉(zhuǎn)子損耗功率增高,造成大量電能浪費,再加之其電路復(fù)雜、調(diào)速指標都不高、范圍不大、平滑性差、故障率較高、后期維護困難等,在20世紀80年代以后,已逐漸被改造或淘汰。1.3直流電機的機械特性由于直流電動機具有良好的機械特性,其優(yōu)點是系統(tǒng)的起動轉(zhuǎn)矩大,在較大范圍內(nèi)能平滑進行速度調(diào)節(jié),且控制簡便,能在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速、啟動、制動和正反轉(zhuǎn)等。目前在傳動領(lǐng)域中仍占有重要的地位,在高爐主卷揚上也被廣泛采用。直流電機轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的機械特性方程式是:n=UdCeΦ?RΣCeCTΦ2Temn=UdCeΦ-RΣCeCΤΦ2Τem(2)式中Ud——電源電壓;RΣ——電樞總電阻;Φ——磁通;CT——電磁時間常數(shù)。由公式(2)可知,調(diào)速方式也有兩類三種,即控制勵磁電流,電樞電路串聯(lián)的電阻,電樞端電壓的調(diào)節(jié)。廣鋼4#高爐20世紀90年代曾應(yīng)用晶閘管整流的閉環(huán)降壓啟動調(diào)速,但由于早期的模擬控制系統(tǒng)存在參數(shù)調(diào)整復(fù)雜、可靠性相對較低等缺點,后來進行數(shù)字化調(diào)速改造,一直應(yīng)用至今。1.4變同步轉(zhuǎn)速n由上述電機轉(zhuǎn)速公式(1)可知:變頻調(diào)速是通過改變異步電動機定子電源頻率f1,從而改變同步轉(zhuǎn)速n1,實現(xiàn)異步電動機調(diào)速的一種方法。這種調(diào)速方法有很大的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性和足夠硬度的機械特性,使異步電動機可獲得類似于他勵直流電動機的調(diào)速性能。三相異步電動機的這種調(diào)速系統(tǒng)目前正在逐步取代直流電動機調(diào)速系統(tǒng),是目前主卷揚電機調(diào)速的主流方法。2直接速度用于大型設(shè)備的主卷揚系統(tǒng)2.1晶閘管催化控制廣鋼4#高爐在1994年擴容性大修之前,主卷揚傳動系統(tǒng)采用的是交流異步電動機繞線式轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速。由于其具有調(diào)速范圍不大、平滑性差、故障率高、后期維護困難等缺點,1994年大修時改為晶閘管三相全控橋反并聯(lián)可逆調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用從日本富士電機(株)會社引進的LEONIC——U2高集成化控制板,它屬于邏輯無環(huán)流模擬控制系統(tǒng)。經(jīng)過多年的應(yīng)用,逐漸暴露其缺點,由于模擬系統(tǒng)不可避免地存在調(diào)整困難、準確度低、系統(tǒng)過于復(fù)雜、難維護等缺點,使得后期故障恢復(fù)難度加大,嚴重影響高爐操作。于是在2000年進行數(shù)字化改造,并取得成功,至今系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定。2.2直流液壓系統(tǒng)的控制功能改造中選用的西門子SIMOREGK6RA24直流調(diào)速裝置,在當時是應(yīng)用較為成功和廣泛的一個產(chǎn)品。它以硬件作為控制的基礎(chǔ),以軟件作為控制的核心。通過具有高效能16位微處理器承擔電樞和勵磁主回路所有的調(diào)節(jié)控制功能。調(diào)節(jié)功能在軟件中通過參數(shù)構(gòu)成的程序功能模塊來實現(xiàn),采用功能模塊的組合可以實現(xiàn)各種開、閉環(huán)控制,監(jiān)視及輔助功能。該直流調(diào)速裝置的接線原理見圖3。該裝置的優(yōu)點是:(1)方便靈活的參數(shù)組態(tài)。通過輸入控制參數(shù)可方便靈活地組態(tài)主卷揚系統(tǒng)調(diào)速。(2)通過參數(shù)組態(tài)可以選擇模擬及數(shù)字輸入或輸出接口的功能。(3)可以實現(xiàn)控制性能的自動優(yōu)化。(4)全面的狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷及信息跟蹤。該裝置的缺點是:(1)電機維護工作量大,整流子特別易磨損,維修費用高。(2)直流電機成本較交流鼠龍電機大,一般主卷揚只在舊系統(tǒng)改造中選用數(shù)字式直流調(diào)速。2.3確定抱閘參數(shù),確保反應(yīng)過程的正常在調(diào)試和日常使用中需要注意以下問題:(1)合理設(shè)置斜坡函數(shù)發(fā)生器時間,理解斜坡上升、下降時間并非實際上升和下降的時間,它只是加、減速快慢的反應(yīng)指標。(2)恰當定義抱閘參數(shù)。當系統(tǒng)建立起一定力矩時才能打開抱閘,以防止料車重載溜車。具體設(shè)置要通過48號和50號端子確定。(3)對于尋優(yōu)參數(shù),要根據(jù)外接平波電抗電感量進行適當手動調(diào)整,以保證電樞電流的連續(xù)。(4)由于調(diào)速器為自冷卻設(shè)備,要求環(huán)境溫度在45℃以下,日常維護要注意室溫和吹塵。3交流頻率管理系統(tǒng)應(yīng)用于寬鋼五角大鋼的主卷揚系統(tǒng)3.1交流調(diào)速器系統(tǒng)廣鋼5#高爐改建于2002年,設(shè)計爐容為420m3于2003年2月投產(chǎn),當時的交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)相當成熟,故主卷揚的調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計為交流變頻調(diào)速,配備1臺GGD柜型,1臺主卷變頻切換柜,2臺主卷變頻柜,一用一備,通過切換柜切換。該系統(tǒng)采用德國西門子6ES70系列裝柜式變頻器,功率315kW,額定電流630A。每臺變頻器配西門子6ES70制動單元2臺,每臺制動單元對應(yīng)配套制動電阻1臺。主電機為200kW交流電機。該套系統(tǒng)除具備上述3.2SIMOREG直流調(diào)速器的全部特點外,還具有更優(yōu)的CBP2擴展通信板,可以直接通過PROFIBUS與PLC通信交換數(shù)據(jù)。但其缺點是參數(shù)設(shè)定復(fù)雜。它的接線原理見圖4。3.2抱閘的參數(shù)設(shè)定(1)加減速時間。良好的加減速時間,可以保證料車平穩(wěn)地從一種運動狀態(tài)平滑地過渡到另一種狀態(tài),確保充足的上料時間。在調(diào)試過程中必須注意,電動機加速時須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過電流,減速時則限制下降率以防止過電壓。加減速時間,通過參數(shù)P462和P464設(shè)定。(2)抱閘控制。優(yōu)秀的抱閘參數(shù)設(shè)定,既節(jié)能又能保證料車運行過程中的安全。抱閘在力矩未建立時打開,可能會導致料車沖頂或溜車,若抱閘打開過遲又可能導致電機堵轉(zhuǎn)過載而造成故障。因此,我們設(shè)定參數(shù)P604為on激活平滑啟動,再通過P602設(shè)定勵磁建立時間,選擇P605為帶制動單元檢測信息功能,然后通過參數(shù)P606～P617設(shè)定抱閘的相關(guān)參數(shù)。(3)電子熱過載保護。該功能是為保護電動機過熱而設(shè)置的。它既可以通過變頻器內(nèi)的CPU根據(jù)運轉(zhuǎn)電流值和頻率計算出電動機的溫升,也可以通過外部傳感器直接將電機溫度傳給變頻器。這可以通過參數(shù)P382～P386進行相關(guān)設(shè)定。(4)對外接輔助電源的要求。西門子矢量控制器需要外接輔助電源通過CUVC/CUR控制變頻器自身的主接觸器,這樣即使在功率電源掉電的情況下也能保證其與控制系統(tǒng)通信。外接電源要求DC為20～30V,