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一、 前言

    為了適應(yīng)日益激烈的市場競爭，許多鋼廠都在爭相建設(shè)新的生產(chǎn)線，濟鋼根據(jù)鋼鐵市場的形勢和今后的發(fā)展結(jié)合產(chǎn)品的調(diào)整而新建了一座煉鋼廠，其關(guān)鍵設(shè)備120噸頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)，以往由于所要求的電動機速度和轉(zhuǎn)矩控制精度較高，一直是采用直流電動機驅(qū)動的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)。隨著近幾年交流技術(shù)的不斷發(fā)展，其控制水平達到并超過傳統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)的性能要求,且變頻器在零速時仍能產(chǎn)生滿轉(zhuǎn)矩。三煉鋼廠這次就是使用美國A-B公司生產(chǎn)的具有精確轉(zhuǎn)矩技術(shù)的IMPACT系列變頻器。

二、 系統(tǒng)的工藝要求

    1、120t轉(zhuǎn)爐的傾動機械設(shè)備采用4臺交流變頻電動機驅(qū)動，4臺電動機采用4點齒合全懸掛形式，通過扭力桿裝置進行力矩平衡。

    2、4臺電動機同步啟動、制動及同步運行。根據(jù)要求轉(zhuǎn)爐可以在0.13~1.30rpm之間進行傾動速度調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)爐可以作±360°旋轉(zhuǎn)。

    3、當1臺電動機發(fā)生故障，剩余3臺電動機繼續(xù)正常運行，此時轉(zhuǎn)爐速度控制在0.13~0.8rpm之間。

三、 系統(tǒng)的配置圖及電氣參數(shù)

    1、交流變頻電動機型號：YZP355S-8-132KW；轉(zhuǎn)速：740rpm；額定電壓：380V；額定電流：250A；額定轉(zhuǎn)矩：1700N.m；起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：2.0；最大力矩倍數(shù)：3.0

    2、變頻器型號：1336E-BP300-L8E-GM6；功率：220kw；具有DeviceNet接口，采用編碼器速度反饋，其型號為TURCK 8.5823.1831.1024；

    3、 PLC型號: QUANTUM 140 CPU 534 14 ,主機熱備，與氧槍系統(tǒng)和本體輔機系統(tǒng)共用。

    4、托圈編碼器型號：TURCK 8.5826.1831.3600.

    5、應(yīng)用軟件：CONCEPT 2.5、MP7、RSLinxv2.4、 RSNetworkforDNET。

圖一  系統(tǒng)的配置圖

四、 系統(tǒng)功能簡介：

    （一）、變頻器部分

    先簡單的介紹一下恒轉(zhuǎn)矩模式下變頻器的基本原理：

    由于異步電動機的轉(zhuǎn)速n=[(60f1)/p](1-s)，當轉(zhuǎn)差率變化不大時，n 基本上正比于f1，變頻調(diào)速時，為了使勵磁電流和功率因數(shù)保持不變。則希望磁通φ也保持不變。由定子電路的電動勢方程式可見，在忽略定子漏阻抗的情況下，得

    為了在f1/變化是φ保持不變，則由上式可見UX / f1必須為定值，即UX必須與f1成比例地變化。

    對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，如果變頻器裝置保證UX隨f1成比例地變化，則可保證在頻率變化過程中電動機具有同樣的過載能力，在f1相對較高時，根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)矩公式得

    T≈C(UX/f1)²

    C為常數(shù)，C=（m₁p）/[8π²(L1+L2’)]

    由于Tm=KTTN,得Tm=C(UX²/KTf1²)

    因此，如頻率變化為定子相電壓、額定轉(zhuǎn)矩及過KT載倍數(shù)相應(yīng)的變?yōu)閁X’、TN’、KT’則頻率變化前后額定轉(zhuǎn)矩之比為

    為使頻率變化前后電動機具有同樣的過載能力，即KT’=TN，則定子電壓應(yīng)根據(jù)下列規(guī)律來調(diào)節(jié)。
 

    對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，TN’=TN，,因此定值

    由此可見，恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時，如能保持 UX/f1=定值,則可保證調(diào)速過程中電動機的過載能力基本不變,同時可滿足磁通φ基本不變的要求．

    本系統(tǒng)的具體控制方式如下： 

    1、 電機采用變頻器一對一控制，變頻器與PLC之間采用網(wǎng)絡(luò)及I/O進行通訊，在傾動變頻調(diào)速柜中，為了抑制電源側(cè)過壓，減少電流畸變，在變頻器輸入側(cè)配有進線電抗器。

    2、四象限運行。變頻器能工作在正向出力、正向制動、反向出力、反向制動四種工作狀態(tài)。

    3、主/從控制功能（速度/轉(zhuǎn)矩控制）。由于IMPACT變頻器采用了磁場定向控制技術(shù)，可獨立控制交流電動機的磁通量和轉(zhuǎn)矩電流，實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩和速度控制。所采用的FORCE技術(shù)應(yīng)用了專利型的、頻寬的電流調(diào)節(jié)器技術(shù)，加上自適應(yīng)的控制器，可以對電動機的磁通量和轉(zhuǎn)矩進行分離和控制，很好地實現(xiàn)了系統(tǒng)的主/從控制要求。如圖二所市。

    在HMI上任選四臺變頻器中有一臺為主，PLC將其68號參數(shù)置1，進行速度控制（68號參數(shù)選擇1），另外三臺設(shè)為從（68號參數(shù)置2），主變頻器的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出（229號參數(shù)）為從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定（69號參數(shù)）進行轉(zhuǎn)矩控制。當一臺從變頻器出故障時，主變頻器內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出（229號參數(shù)）信號給另外兩臺從變頻器的轉(zhuǎn)矩給定，進行轉(zhuǎn)矩控制。當主變頻器出故障時，HMI上會有故障顯示，系統(tǒng)自動封鎖，如果變頻器的故障無法復(fù)位，可在HMI上另選一臺為主，PLC將該變頻器中的68號參數(shù)賦值1，變?yōu)樗俣瓤刂疲ㄊ蛊渥優(yōu)橹髯冾l器），其內(nèi)部轉(zhuǎn)矩輸出（229號參數(shù)）信號作為另外兩臺變頻器的轉(zhuǎn)矩給定，進行轉(zhuǎn)矩控制。

    采用編碼器反饋，1336IMPACT變頻器調(diào)速范圍為1000：1，調(diào)速精度最高可達+/-0.001%，轉(zhuǎn)矩調(diào)整率為2%，性能達到并超過大功率直流調(diào)速器

圖二    主/從控制示意圖

圖三   力矩環(huán)控制示意圖

     4、零速滿轉(zhuǎn)矩功能。由于采用FORCE技術(shù)，在全調(diào)速范圍內(nèi)可直接控制轉(zhuǎn)矩，具有低頻力矩補償功能，包括如圖四所示零速滿轉(zhuǎn)矩。

圖四、轉(zhuǎn)矩與速度對應(yīng)關(guān)系

   5、此外還具有電動機勵磁預(yù)置功能和力矩電流平衡功能;兩倍的過載能力，1分鐘的條件等；滿足了傾動設(shè)備的力矩控制要求。

    6、GM6使變頻器通過設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）與PLC通訊，具體如圖五所示。