转炉倾动系统（精选8篇）
转炉倾动系统 篇1
摘要：本文主要针对莱钢120吨转炉系统中的转炉倾动控制部分进行了设计。文中较为详尽的介绍了转炉倾动的计算机控制系统组成及其软件结构,并对基于矢量控制方案进行了探讨研究。提出一种新的转炉倾动装置的控制方法,该方法区别于传统主从控制方法,通过PLC与变频器的通信,实现主从控制与速度控制的无扰切换,最终实现转炉倾动系统的平稳停车。
关键词：转炉倾动,主从控制,无扰切换,平稳停车
山东钢铁集团莱芜分公司炼钢厂2004年建设投产的三座转炉,倾动系统按全正力矩设计,平均出钢量为120吨,最大出钢可达130吨。2009年9月对三座转炉不改变炉壳、托圈及倾动机构只减薄炉衬实现了扩容改造。扩容后出钢量达到145吨,承载能力受到了严重的考验,转炉倾动控制系统对扩容后的转炉不适应,出现点头、抖动、下滑等现象,减速机运行状况恶劣,减少设备使用寿命。为不影响生产的安全性,保证设备的继续安全运行,有必要对现有倾动控制系统进行改造。
1 倾动系统特点分析
1.1 高启动转矩,低速运行
120吨转炉加入铁水后,重量达到1000多吨,要使转炉倾动启平滑启动,就需要在低速情况下施加巨大的启动转矩。转炉正常运行转速为0.1-1.5r/min。
1.2 起动、制动频繁,承受较大的动负荷
在30~40分钟的冶炼周期内,转炉要进行兑铁水、摇炉、取样、出钢、倒渣以及清炉口等操作。起动、制动经常在30-50次,倾动机械工作繁重、条件恶劣。
1.3 运行快速平稳
转炉倾动系统在运行中要求同步性好,转炉本体起、停和倾动时快速平稳,充分满足生产要求。
2 转炉扩容后力矩分析
转炉扩容后,空炉力矩及炉液力矩增大,力矩整体状态相对旧炉结渣力矩平稳。其力矩曲线如图1所示。
为了消除转炉点头、抖动、下滑现象,结合转炉倾动系统的特点,我们在计算机控制系统设计及变频器控制策略两方面对原系统进行了改造并成功应用。
3 计算机控制系统
3.1 计算机控制系统组成
转炉倾动控制系统PLC选用西门子S7 400系列,变频器选用西门子6SE7036 315KW变频器。变频器与PLC之间采用PROFIBUS DP通讯方式进行命令传输及数据交换。变频器通过电机安装的编码器,实时采集电机转速,实现转炉的精确定位控制。硬件组态如图2所示。
3.2 软件设计优化
分析转炉倾动力矩分布及转炉工艺,转炉倾动最高限速为35HZ,单独区分零位、加废钢、兑铁水、放钢四个区间。软件设计思路如表1所示。
(1)零位区间:摇炉回零位,速度限制为25→0HZ;摇炉离开零位,速度限制为0→35HZ。
(2)加废钢区间:进入加废钢过程,速度限制为0→25HZ;加完离开,速度限制为35→0HZ。
(3)加铁水区间:进入加铁水过程,速度限制为0→15HZ;加完离开,速度限制为35→0HZ。
(4)放钢区间:进入放钢过程,速度限制为0→15HZ;放钢完成离开,速度限制为35→0HZ。
4 变频器控制策略优化
4.1 传统倾动变频器控制方法
传统的转炉倾动系统采用变频器一主三从的控制方法,一台主变频器采用速度环加转矩环的双闭环控制方式,其它三台从变频器采用转矩闭环控制方式。主从变频器之间通过光纤同步卡实现同步运行。由于主电机采用速度闭环控制方式,而四台电机都是机械强迫同步,所以主电机的速度即为整个系统的运行速度,主电机的速度闭环控制保证了整个系统运行速度的稳定。由于三台从电机采用转矩闭环控制,且跟随主电机转矩,则四台电机的实际转矩也能保持同步。但是传统主从方式主要存在以下缺点:
(1)整个系统对主电机或主变频器依赖过高。如果主电机,主变频器出现故障,整个系统将受到很大影响甚至停机。
(2)转炉制动过程中,从电机跟随主电机力矩同步,速度不可控,容易产生转炉倾动机构震动大,转炉点头、抖动等现象,造成设备损伤。
4.2 变频器控制策略优化
为避免主从控制的缺点,我们对变频器的控制策略进行了改造。主要改造思路是通过实现主从控制与速度控制之间的无扰动切换,实现了转炉传动系统的平稳运行。实际应用中把转炉倾动分为两个阶段,一是启动运行阶段,二是制动停止阶段。启动运行阶段采用传统主从控制方式,实现转炉倾动系统的平稳启动运行;制动停车阶段,四台变频器接收到PLC发出的停车指令,自动切换到速度控制方式,电机快速电气制动减速,变频器检测到所有电机速度接近0后,发出机械制动指令,关闭抱闸,转炉停止,变频器恢复主从控制方式。具体参数设置如表2所示。
5 效果总结
通过对转炉倾动控制系统的改造,消除了转炉点头、抖动、下滑等现象,提高了倾动控制系统的可靠性,实际应用中该系统稳定性好、动态响应快、速度控制精确、电机间转矩平衡性好,转炉倾动系统运行更加平稳,机械冲击小,提高了设备使用寿命。实际应用效果如图3所示。
参考文献
[1]SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制使用大全。
[2]王海燕等.120t转炉扩容后倾动力矩的分析与计算.重型机械,2011(3):55-58.
[3]苏瑞淼.一种新型的转炉倾动控制方法.技术纵横,2012,74-78.
转炉倾动系统 篇2
提高转炉一次除尘系统能力的生产实践
鞍山钢铁股份有限公司第二炼钢厂通过新增设备,设备改造,参数调整等措施,使烟囱排放的粉尘含量明显减少,风机能耗降低,煤气回收与蒸汽回收大幅度提高,提高了转炉一次除尘系统能力和整体环保水平.
作 者：王铁刚 张旭 高计岩 作者单位：鞍山钢铁股份有限公司,第二炼钢厂,辽宁,鞍山,114021刊 名：炼钢 PKU英文刊名：STEELMAKING年，卷(期)：26(2)分类号：X75关键词：环保 除尘 脱水 粉尘排放
转炉倾动系统 篇3
系统的基本特点。本例的转炉倾动系统包括了基础自动化和过程自动化两级系统, 前者由PLC系统、一级系统组成, 后者包括上位机、二级系统。系统采用了先进的PLC硬件控制系统以及人性化的人机界面软件, 并通过现场总线的方式实现了分散控制、集中管理的系统控制模式, 节约了现场线缆的使用量, 在保障强大网络通信的前提下, 极大简化了系统的结构, 提升了系统的先进性、可靠性, 是性价比最高的集成控制系统之一。
1 转炉倾动系统中交流变频电机的应用与控制
在按照正力矩设计时, 转炉倾倒角度为正负360°, 转炉的炉体耳轴下部要高, 并且下部的质量也要重, 如果转炉倾倒系统失控或者抱闸力矩过小时, 转炉本身的正力矩可以保障炉口的朝上, 避免倒钢事件的发生。在转炉需要倾倒钢水时, 电动机输出正力矩, 引导转炉缓慢倾倒, 电机提供动力, 处于电动状态;完成倾倒之后, 再缓慢牵引炉体回归, 电机将转炉势能回馈系统, 工作在回馈状态。由此可知, 要保障转炉的安全工作, 控制系统必须要实现对转炉倾动的精确控制, 而转炉的倾动属于大惯性的位势负载, 对传动系统的低速启动、电机与变频器的过载能力以及输出转矩的平衡分配有着严格的要求。
本系统采用四台交流变频电动机进行驱动, 变频电机与电机之间使用扭力杆装置进行力矩平衡, 使得四台电机均匀分配转炉倾动时的负载。在精度控制方面, 通过在变频系统装置内的制动器来实现, 制动器能使得电机在位能负载的前提下实现急剧减速或停止运行。
系统为了准确获知电机的运转速度, 在变流器装置内安装有增量式编码器, 将位移转换成周期性的电信号, 再把这个电信号转变成PLC可识别的计数脉冲, 系统根据脉冲来对电机的运行状况进行判定并进行相应的控制处理。
2 转炉倾动系统的交流变频调速系统
本例的传动交流调动系统采用具有较高技术水平的ABBACS800系列变频器。该系列变频器能保持优良的动态特性, 在保证高可靠性的同时有效节约维护成本, 是转炉倾动调速系统的优选方案之一。
1) 系统组成:ACS800变频器、交流异步电机、进出线电抗器、制动单元 (制动电阻) 以及风扇灯辅助设备。转炉倾动系统通过ACS800变频器将输入电网的三相固定频率以及电压调节成变化频率和变化电压的三相交流输出, ACS800变频器具有先进的DTC技术, 通过先进的启动向导, 使得变频器的调试变得非常简单, 同时, ACS800变频器还支持自定义编程, 能够满足系统的个性化需求。在接口方面, ACS800变频器采用国际标准的PROFIBUS-DP接口, 方便了与上一级自动化系统相连以实现集中监控、操作。
本例中转炉倾动系统采用了四拖四倾动系统, 转炉倾动机械通过四台ACS800变频器分别控制驱动的交流电机驱动并进行柔性传动, 为了卸除转炉倾动过程中产生的位能需要在电控系统变频中加装制动斩波单元和制动电阻。变频器与变频器之间使用主从光纤进行平衡负荷的数据传输。
2) 控制技术。由于转炉的质量非常大, 任何一台变频电机都无法独自完成驱动转炉倾动的任务, 必须要四台电机的协同作业才能完成, 而为了达到转炉倾倒的多段速要求, 驱动电机的变频器又必须是独立的, 并且在运行时必须要同步着力到转炉转轴的大齿轮, 否则会使得转轴自扭动、电机输出转矩不一致, 损坏转轴的小齿轮, 严重会导致转炉停产。但是, 由于加工精度、安装精度以及电机性能的差异, 要实现电机的同步是非常困难的。为了达到多传动的同步, 转炉的调速系统一般采用主从控制技术, 本例中采用的是一主三从的方式组合控制。
3) 变频调速控制的实现。在四台变频器中选定一台作为主机, 其余三台为从机。对主机的控制采用速度控制和转矩控制的方式, 具体的速度参数来自于PLC的AO输出, 正反转命令则来自于PLC的DO输出。从机则直接接受主机的转矩设定命令, 通过ADD的模式实现转矩控制。在运行过程中, 转炉传动系统一直通过转矩控制方式运行, 如果主机和从机速度偏差超过一定值时, 误差值将会传送到速度调节器, 后者将会通过减少或者增加内部转矩给定值进行调节控制。为了保证主从机之间过程数据交换的精准和同步, 主机的设定命令是通过设备间共用系统时钟节拍的主从光纤网传给从机的。
4) 倾动系统变频器的软件控制。本例中, 进行转炉操作主要在炉前主操作室、炉前、炉后机旁操作室、兑铁水固定操作台, 在实际操作时, 转炉倾动如果在一处进行, 其他三处就不能进行同样的操作。在任意一处进行转炉倾动指令操作时, 必须满足以下基本条件:a.变频器正常工作;b.抱闸电源正常工作;c.四个操作地点没有报警;d.氧枪在等待位或者等待位以上并不存在下降的现象。如果出现氧枪冷却水流量差 (少于20T) 或者冷却水流速低于180T/h以及眼罩在上部位置、稀油站正常的情况, 在操作转炉倾动指令时, 必须要对周边环境以及人员安全进行确认的情况下进行联锁投入或者联锁解除按钮的操作。
3 结束语
交流变频技术在转炉倾倒系统中有着广泛的应用, 特别是变频调速器, 具有结构简单、调速精度高、安装调试方便以及保护功能稳定可靠等等诸多优点, 同时还具有节能环保的效果, 非常符合炼钢厂对转炉倾倒安全控制的要求, 通过对不同变频器的选型优化, 能够较好的解决转炉倾倒位能负载的均衡问题, 是转炉倾倒系统最佳的调速选择。
参考文献
[1]刘征, 肖有洋, 朱建会.ACS800变频器在安丰150t转炉传动上的应用.机械工程与自动化, 2012.
转炉倾动系统 篇4
转炉倾动控制系统是炼钢转炉运行的驱动装置,它利用4台电机及分减速机驱动主减速机带动炼钢转炉在360°倾角范围内转动,以满足炼钢生产需求。转炉倾动由数字直流调速系统驱动,虽然调速性能优异,但是直流电机的制造、维护成本相对较高。随着交流变频控制技术的发展和完善,交流变频控制系统控制特性已可与直流调速系统相媲美,且交流电机的制造、维护成本相对较低,因此在某厂新建的2座炼钢转炉中,使用了交流传动系统。
1 转炉倾动控制系统构成
炼钢转炉系统由送料系统、炉顶加料系统、氧枪顶吹系统、炉底复吹系统、烟罩锅炉、除尘系统、倾动系统组成。为了便于控制与调试,将转炉倾动系统和氧枪顶吹系统分离出来由一个PLC控制,同时该PLC又通过ControlNet控制网络与主PLC进行通信。为实现外部控制信号的综合与传输,将倾动系统和氧枪顶吹系统的6台驱动变频器也连到该网络。倾动系统的4台变频器间用DriveTo-Drive Link(D2D)网络进行连接,以实现主从控制模式下数据的实数交换。
系统变频器采用AB 1336Force系列,PLC采用AB RSLogix5000系列。其中,主PLC采用1756-L62控制器,倾动系统和氧枪顶吹系统PLC采用1756-L55控制器。转炉倾动控制系统结构如图1所示。从操作台发出的控制指令,由主PLC直接接收,在其内部与其它相关联锁信号和保护信号作比较后,输出的控制命令和运行速度再通过ControlNet控制网络送到倾动系统和氧枪顶吹系统的PLC;倾动系统和氧枪顶吹系统PLC再通过ControlNet控制网络将控制命令送到主变频器;主变频器通过变频器间的D2D网络将控制命令和转矩给定送到从变频器,从而完成整个驱动系统的精确控制。
2 变频器参数设置及调试
2.1 变频器参数设置调试软件
调试AB 1336Force系列变频器时,可利用变频器操作面板或AB变频器专用配套编程工具Drive Executive进行参数设置。其中,Drive Executive是首选的变频器参数设置工具,它可在Windows操作界面下对变频器参数进行全面快捷的设置。
2.2 变频器参数设置
在Drive Executive中选择相应参数组后,便可设置与运行相关的参数。由于炼钢转炉控制系统使用了主从控制模式,每台变频器有2种工作模式,因此设置参数时,需要注意变频器采用哪种工作模式。
当变频器工作在主动模式时,为速度控制方式,通过速度编码器的反馈,可精确控制转炉的运行速度;当变频器工作在从动模式时,为转矩控制方式,其控制命令和转矩给定通过通信从主变频器获得。因此主从模式切换的过程实际是变频器中相关参数改变的过程。下面介绍与主从控制模式相关的主要参数的设置。
P11=328:D2D通信发送数据结点号(值为0时禁止发送数据)。
P12=329:D2D通信接收数据结点号(值为0时禁止接收数据)。
当变频器为主动装置时,需设置P11为非0值,开放自身的D2D发送端口,并将自身的控制命令和转矩给定发送出去,同时需设置从变频器的P12为对应值,表明接收从主变频器来的数据。在炼钢转炉系统中,P11=328表示由PLC通信口输出的第6个字作为D2D端口的发送结点号,P12=329表示由PLC通信口输出的第7个字作为D2D端口的接收结点号。当变频器工作模式切换时,在PLC中将主变频器的第6个字设为1,开放主变频器的发送功能,将从变频器的第6个字设为0,禁止从变频器发送数据;同时将主变频器的第7个字设为0,禁止主变频器接收数据,将从变频器的第7个字设为1,允许从变频器接收数据,这样便可通过程序选择任意一台变频器作为主变频器。
P20=52:D2D端口发送的第1个字52为系统控制命令。
P21=167:D2D端口发送的第2个字167为系统内部转矩给定值。
在变频器数据发送允许的情况下,这两个数据将发送到D2D网络上共享,其它结点则根据定义的结点号接收相应数据。
P53=326:转矩给定模式选择。
当变频器工作在主动模式时,需设置P53为1,表示内部速度调节器的输出作为转矩调节器的输入,变频器工作在速度控制方式下;当变频器工作在从动模式时,需设置P53为2,表示外部转矩给定作为转矩调节器的输入,变频器工作在转矩控制方式下。
P162=23:外部转矩给定源选择,23为从D2D结点。
由于将转矩控制方式设置为23(D2D端口接收到的第2个字),因此可利用变频器数据内部连接功能,通过D2D端口接收从主变频器送来的转矩给定值。因采用D2D通信,其通信刷新时间可达2ms,故可实现数据实时更新,使从变频器能很好地跟踪主变频器转矩变化。
由以上几个参数的设置可看出,当某台变频器工作在主动模式时,其P11=1,其控制命令和转矩给定值从1号结点发送到D2D网络,同时设置P53=1,让主变频器工作在速度控制模式下,可以精确控制转炉运行速度;当某台变频器工作在从动模式时,其P11=0而P12=1,允许从D2D网络1号结点(主变频器的结点号)接收数据,同时设置P53=2,让主变频器工作在外部转矩给定模式下,于是从变频器的转矩给定就与主变频器相同,4台电机以相同的转矩工作,从而确保4台电机可准确同步运行。
3 控制程序设计
3.1 控制系统的硬件组态
由于倾动系统和氧枪顶吹系统的PLC相对独立,因此将6台变频器的PLC与主PLC的通信模块连在一个通信网络上,实现信息互通。4台倾动变频器间又组成D2D网络,构成变频器间的快速数据交换通道。变频器间的D2D通信和倾动氧枪PLC硬件组态分别如图2、图3所示。
3.2 与主从控制相关的PLC控制程序设计
与主从控制相关的PLC主要控制程序段如下。
(1)将主变频器的D2D发送结点号设为1,如图4所示。
(2)将从变频器D2D数据发送禁止,如图5所示。
(3)禁止主变频器接收数据,并设为速度工作模式,如图6所示。
(4)将从变频器参数设置为对应值,如图7所示。
4 结束语
多台直流电机并联对倾动系统进行驱动时,各电机间的转速同步完全靠机械系统维持,不能确保各电机间工作转矩的一致性,从而无法确保各电机间的负载平衡。采用交流变频调速和可编程控制技术,以主从模式对多台电机联合拖动系统进行控制,主变频器负责控制系统的运行速度,从变频器负责确保其它电机转矩与主电机相同,从而保证了各驱动电机间的负载平均。这种控制方式提高了系统运行效率,也消除了各分减速机间由于转矩不平衡造成的相互干扰,延长了机械设备的使用寿命,为整个系统的平稳运行打下了基础。
参考文献
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[5]徐世许.可编程控制器应用指南——编程.通信.联网[M].北京:电子工业出版社,2007
[6]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005
炼钢转炉倾动控制方案 篇5
本系统采用5台变频器，4(1号～4号)用1(5号)备。其中5号变频器没有连接编码器。5台变频器中的1号和2号既可以为主也可以为从，主变频器有速度环和电流环控制，从变频器只有电流环控制。1号和2号的主从切换通过画面上的选择开关实现;装置的切除与备用也由画面上的选择开关实现。此外，在紧急情况下，系统还能实现3台电机运行。
此方案的优点：由于1号和2号装置都连接有编码器，因此无论哪一台装置做主，系统总能实现双闭环控制，从而保证了控制系统的精度及可靠性。主从选择、切除/备用选择、电机选择都可以再画面上实现，传动柜上只需要操作一下双电源切换开关，操作非常简单。4台变频器中任何一台有故障，都可以由5号代替，同时不改变系统控制方式(双闭环，主从控制);4台电机中任何一台有故障，紧急情况下还可以3台电机运行，控制方式十分灵活。
2 传动控制
PLC系统采用Profibus—DP协议与5台变频器相连，5台变频器之间则通过SIMOLINK光纤电缆相连构成环网。SIMOLINK环网中每台变频器有主从功能，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,从站只能接收电报，不可能去处理其中所含的信息。SIMOLINK通讯网卡24 V电源由PLC柜内不间断电源供电。这样，即使本柜变频器在备用状态不工作也不影响SIMOLINK环网通讯。
在传动装置上设定“主———从”方式，确定主传动装置，通过脉冲编码器引入速度反馈信号，设置公用的速度调节器，将主传动的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4台电动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。
5台装置与PLC之间通过PROFIBUS—DP网连接，每台装置通过网络接受启停命令、主从指令和速度给定，并将设备的运行状态传送给PLC;5台装置通过SIMOLINK光纤网连接成一个环形结构，实现“一主三从”的控制思想，完成主/从设备之间的数据通讯。
1号和2号装置的主从切换由PLC发送过来的控制字2实现;电流环给定由参数P500接入，1号装置接收2号装置的给定，2号装置接收1号装置的给定。3#、4#和5#装置不再切换主从，只根据PLC发送过来的1#和2#装置的主从状态在SIMOLINK环网上选择给定的源。
3 抱闸控制
这里抱闸控制指的是抱闸的松闸时间控制,因为转炉倾动什么时候松闸很重要，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溜炉的可能，那将导致非常严重的事故。因此松闸的时间由装置和PLC共同参与控制，在装置内部进行力矩判断，只有在力矩建立起来的情况下才允许松闸;PLC程序中对装置的工作状态、电源合闸状态、主令控制器是否在零位等诸多条件进行判断。在系统停止后转速下降至一定的数值时抱紧。同时通过延时控制，避免了出钢过程中，从正向到反向的主令过零位时的抱闸误动作，大大提高了系统的快速响应性和可靠性。
图一是抱闸与电流、转速的关系。曲线1是电机转速，曲线2是电机电流，曲线3是抱闸状态，曲线4是转速给定。从曲线上我们可以看出，转速给定发出后，只有在电机电流达到一定值时，抱闸才打开。而转速给定降为零后，当电机实际转速降到一定值时，抱闸立刻夹紧。
4 PLC控制
PLC主要任务包括：操作台的选择;速度给定的处理;与装置的通讯处理;装置主从选择及备用装置的投入与切除;装置启停控制;抱闸控制;倾动相关电气联锁;故障状态报警及电流、力矩等数据采集。
为了增加系统的快速响应能力，倾动系统在就绪(选台)时，就由PLC向变频器发出运行指令，此时变频器将在电机中建立磁场。
5 常见故障处理
由于传动装置可以将现在发生的故障及故障信息通过DP网发给PLC，因此在故障发生的第一时间，操作工就能通过画面了解到这些信息，并做出相应的处理。
故障的处理分为轻故障和重故障两种方式。对于不影响安全生产的轻故障，可以选择在操作台上通过按钮进行复位或者在画面上进行复位，然后继续运行。对于有可能影响安全生产的重故障，则需要将该装置脱离生产，操作工可以在画面上选择切除故障设备。如有需要可将备用装置投入，同时将发生故障装置的输出侧双电源转换开关转到备用装置侧。发生故障装置会被PLC断开进线交流接触器，封锁启停，从而与运行设备完全脱离。
此种控制方式实现了多台装置控制同轴设备时的同步性和可靠性，操作简便，能及时应对突发故障，保证生产的连续性，便于设备维护。
摘要：主要介绍了某炼钢厂转炉倾动系统的控制方案,此方案在该炼钢厂已经运行多年且状态良好。
有关大型转炉倾动控制问题的研究 篇6
多传动控制系统适用于传动功率较大并且有多台装置互有备用性切换需求的生产机械。该系统的组成特点是:机械系统为一体化结构或带有连轴环节的组合结构;电气系统由一组供电回路相对独立、控制信号相互关联的传动装置组成。该系统的运行特点是:由于传动装置的设计容量足够大,所以当任意一台传动装置出现故障时,系统都可以不间断地完成某种特定的操作。鞍钢260 t转炉倾动传动控制系统即为这类传动系统的典型代表,也是本文的主要研究对象。此转炉是当时国内同类设计吨位最大的转炉。与小吨位(小于180 t)转炉装置相比较,这种大吨位转炉的炉体转动轴位于炉体中部,整个炉体按360°旋转设计,要求传动方面采用正力矩控制。根据炉体的诸多结构特点,本设计在多传动装置的配置上采用主从控制连接方式,与传统小吨位转炉的传动控制相比较,具有以下控制特点:
(1)采用主从控制连接,使各传动装置的输出电流能够得到相应的平衡,以便更好地克服传统的并联控制连接引起的系统出力不均衡问题;
(2)炉体的转动控制因倾动装置的自身特点而使得控制方式相对于一般传统控制要复杂的多,需要缜密的逻辑控制思维和更多安全方面的考虑,同时还要进行传动方面的多重补偿。通过本研究,我们找到了一种能够缓解现存传动力矩与炉体不匹配的方法,同时对可能产生的传动系统逆变颠覆实施了保护。
1 系统组成
1.1 转炉倾动机构组成
转炉倾动机构的对象主体设备是转炉炉体,主要由炉壳、托圈、耳轴和轴承座等组成。其中托圈部件、炉体与托圈的连接装置、支撑托圈部件的轴承和轴承座构成了转炉的支撑系统。托圈是连接炉体与传动电动机的重要部件,它的功能是将电动机的传动力矩传给炉体,使其倾动。
本设计采用的传动装置配置为:传动电动机采用4台ZZJ-814p型直流电动机,440 V/224 kW;传动装置采用4台6RA70变流装置。
1.2 传动控制系统组成
传动控制系统的4台变流装置采用主从控制连接方式,其相关配置见图1。
具体操作如下:系统控制及主给定操作指令由S7-300可编程控制器通过Profibus传输给主传动装置,而后通过装置之间的快速传输模块Simolink将主传动装置的外环调节器——速度调节器的输出信号分别传输到其他3台从传动装置的内环调节器——电流调节器的输入端,使得4台传动装置的输出电流都能够同时跟踪同一电流控制值,确保4台装置在传动过程中的电流平衡。多传动控制系统的另一种配置方式是并联控制连接,这种连接与主从结构的不同点在于,各装置的调节器之间彼此独立。由于没有电流环节的偏差调节,系统在跟踪同一速度给定控制值时势必造成各装置出力的不平衡,有时不平衡电流值差异很大。实时运行结果表明,采用并联控制连接的系统时常会在较大的不平衡电流产生时出现电动机的过电流,甚至烧毁电动机。
2 存在问题及分析
2.1 传动转矩不稳定
由于转炉为单臂悬挂式结构以及钢水的流动性,因此转炉在转动过程中力矩的动态分布不稳定。空载调试时系统(包括装置和炉子)曾出现过一次大范围的振动现象,根据现场勘查及分析认为这一振动现象源于1台电动机运行在发电状态的结果。在以后半年的试生产阶段中,虽然这种大的振动现象没再出现过,但是系统的电流波动幅值很高。通过对系统在转炉带钢运行下进行的参数调整,发现本系统的电流超调控制与炉体的振动关系不符合常规控制,即传动系统的电流波形稳定时,炉体有时振动较大;炉体稳定时,电控系统的电流波形波动较大。分析其可能的原因是由于机械系统转动惯量较大,同时转炉在带钢旋转过程中重心的不断变化迫使传动系统必须快速跟随,因此形成了较大的电流波动。如果采用强制手段控制系统稳定,则势必造成传动力矩不够大而引起炉体的振动。表1所示的是4台变流装置在转炉带钢运行至54.54°时的电流操作记录,从表1中可以看出:4# 装置的电流变化与其他装置的电流变化在415 ms内大约有600 A的偏差。在实际运行中,还偶尔会出现这种极端状况—— 1台变流装置的电流值是其它3台变流装置电流值的10%左右。分析上述装置载流量的不均衡性,其主要原因应源自于炉体托圈结构与4台电动机的配置之间存在着不匹配问题,或者因为炉内钢水的振动引起某一位置某台电动机与炉体托圈的扭矩相悖,从而使得该装置不能正常输出电流,导致其值低于其他3台装置。
2.2 系统瞬间过电流
运行中系统偶尔出现装置回馈侧爆快熔的现象。根据空载调试与试生产阶段的系统数据调整以及电流记录分析,认为产生这种现象的原因是该装置在电动操作运行指令下被炉体倾动机械强行拖入发电制动状态,而使装置产生逆变颠覆,这一点可以从表2得到证实。
这是一组瞬时兑铁操作时传动装置的电流变化数据,从中可以看到炉体在26°转至38°时,装置电流的数据和极性由-1 006 A变成780 A,显然这台装置在38°这个位置工作于发电制动状态。工作于制动状态时,电网电压偏低或逆变角偏大都会引发系统逆变颠覆。
3 解决方案
3.1 调整系统参数
根据对问题的分析,我们对系统进行了如下调整。
(1)进行转动惯量补偿,减小齿轮应力[1],抑制电流上升率,控制超调量。
(2)控制堵转电流,使其在电动机的允许范围内,尽可能地维持装置的较大出力,以满足炉体转动扭矩的需求。
(3)调节速度调节器的软化性能[2],抑制炉体的低速振动。
具体实施方法:将PI/P调节器的切换控制功能用在炉体的转速控制中,也就是当炉体的运行转速在0～5%额定转速时采用P型调节器控制,以强化系统的快速性;当炉体的运行转速高于5%额定转速之后切换成PI型调节器控制,以强化系统的稳定性。
现场实际运行表明:炉体在正常运行状态下,按照步骤(1)～(3)调整参数得到的系统稳定性效果比较明显。
3.2 对系统逆变颠覆的预期处理
为使现有炉体倾动控制系统具有抗逆变颠覆的能力,应在以下两个方面采取措施。
(1)电气方面[3,4]。
利用晶闸管在逆变颠覆时切断直流主电路。具体实施方案是通过对交流电压检测、直流过流检测、逆变控制板电源检测信号的运算,控制晶闸管的通断。
(2)机械方面[5,6]。
通过在传动连轴器上增设某些弹性连接的方法提高系统的阻尼系数,从而削弱动态时对电动机产生的不平衡冲击。
4 结束语
本文所述传动控制系统在鞍钢260 t转炉倾动装置上的应用从控制层面上看是成功的。该系统自2005年投入运行以来,传动控制系统的转矩特性能够满足生产工艺的要求,传动控制能够确保倾动装置在旋转过程中炉内钢水波动平稳。该系统的投入生产标志着国内第1套自行设计的大吨位炼钢转炉的控制过程的完成,具有填补国内空白的重要意义。另外,有关系统稳定性改善的实施方法以及抑制系统逆变颠覆的相关建议对后续工程设计都有很好的参照作用。相信伴随着转炉倾动设备动平衡状态的改善以及控制系统在保护措施方面的完善,装置爆快熔的现象完全可以避免。
摘要：以鞍钢260 t炼钢转炉倾动传动控制工程为对象,针对试生产阶段中出现的系统转矩不稳定以及装置爆快熔等问题,采用现场观测和转矩数据跟踪以及同类炉型方案对比等方式分析诸多问题产生的原因,从中明确了大型转炉倾动装置的多传动轴对炉体托圈产生的扭矩超控是关键要素。提出了在机械方面通过在传动连轴器上增设某些弹性连接的方法提高系统的阻尼系数,从而削弱动态时对电动机产生的不平衡冲击;在电气方面通过直流供电侧增加带有可关断功能的晶闸管保护电路,可以抑制逆变颠覆对电控元件的破坏作用。这些举措有利于深入探讨转炉倾动传动装置的安全运行以及系统的合理配置。
关键词：转炉倾动,主从控制,发电制动,逆变颠覆
参考文献
[1]赵丁选.光机电一体化设计使用手册[M].北京:化学工业出版社,2003.
[2]陶永华.新型PID控制及其应用[M].2版.北京:机械工业出版社,2002.
[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统——运动控制系统[M].3版.北京:机械工业出版社,2003.
[4]Schonfeld.R,Habiger.自动化电力传动系统[M].杨兴瑶,译.北京:机械工业出版社,1987.
[5]刘海宇,秦勤.220 t转炉倾动力矩偏大的原因分析[J].机械工程与自动化,2009,154(3):3-4.LIU Hai-yu,QIN Qin.Reason for the greater tilting mo-ment of a 220 t converter[J].Mechanical Engineering&Automation,2009,154(3):3-4.
转炉倾动系统 篇7
新余钢铁公司经三期技改, 新建2座容量210t转炉自试车成功后, 倾动运行过程中经常出现不正常现象, 具体问题如:动态性能较差, 平稳性不佳, 对设备冲击较大;倾动过程中可靠性不足, 在遇到冻炉的情况时, 会出现转炉颠覆的情况。倾动运行不正常严重影响了生产节奏, 为此对倾动控制系统进行技术改造。
2 改造内容及功能实现
2.1 转炉倾动工艺及控制
转炉倾动机构采用全悬挂型式, 力矩平衡机构为扭力杆装置。转炉倾动机构采用4台交流电机传动, 两级减速机, 可驱动转炉本体在360°的范围内转动。转炉的倾动角度由编码器测量。在正常情况下, 4台电机同时工作。当一台出现故障时, 剩下的3台仍能维持一个班的生产;当2台出现故障时, 剩下的2台仍能维持一炉钢的生产。
倾动结构如图1所示。
2.2 倾动同步控制实现
为保证倾动稳定运行, 实现4台电动机同步启动、制动及同步运行, 选用4台西门子矢量型变频器6SE70驱动4台电机来实现同步控制, 变频器和PLC之间通过PROFIBUS-DP现场总线进行通讯, 实现变频器与PLC之间数据、状态的及时传递。系统采用西门子S7-400PLC控制。每台电动机通过编码器将速度信号反馈给变频器构成一个相对独立的闭环控制系统。根据控制需要4台变频器均可任选1台为主系统, 当PLC发出倾动命令和给出倾动控制速度信号时, 主系统生成一个积分分量给定值发送给其它3个从动装置, 使从系统的斜坡上升依据主系统的曲线上升, 以此来确保从系统始终跟随主系统, 实现转炉倾动4台电动机精确快速同步进给, 抑制各种扰动、摄动对系统的影响, 达到电机动态负荷平衡。控制方案如图2所示。
2.3 倾动抱闸控制改进
原系统倾动抱闸的控制完全由PLC通过延时来实现, 其不足之处在于在延时时间内变频器力矩还没有建立起来就执行抱闸松开指令, 出现转炉倾覆、钢水倒出等严重事故。因此不能由PLC来判断何时松闸。经过分析, 抱闸控制改为对变频器内部进行力矩判断和PLC延时两个条件同时满足, 即通过检测转矩电流判断力矩建立起来后才允许松闸。经调试分别设定变频器制动参数为:P610=K242 (制动阈值参考量为转矩电流) ;P611=45% (抱闸打开条件检测电流百分数) 。变频器设定转矩电流为制动阈值参考量, 阈值控制数字输出作为抱闸控制条件之一。如图3所示。
3 改造效果
改造前时转矩变化有波动, 经过改进后效果比较明显, 转矩平滑, 4台电动机同步性一致, 动态响应比较快, 转速实际值基本与跟踪转速设定值接近。保证转炉稳定运行。如图4、图5所示。
4 结语
通过对转炉倾动控制系统进行改造, 提高了转炉设备运行的稳定性和效率, 降低了日常维护成本。控制方案简单、实用、可靠性高, 具有一定的应用推广价值。
摘要：针对转炉倾动运行中出现的异常现象, 对控制系统进行了改造。文中对改造设计做了阐述, 改造后系统经测试效果良好。
关键词：转炉倾动,同步控制,制动,改造,变频器
参考文献
[1]西门子公司.6SE70变频器技术手册[Z].2000.
[2]张贺.转炉倾动装置的安装要点及方法[J].重工和起重技术, 2009 (2) :18-19.
转炉倾动系统 篇8
转炉倾动力矩是倾动机械设计的基本载荷参数。转炉倾动力矩的计算,目的在于正确选定耳轴位置,使倾动力矩值在设计要求的范围内,使据此设计的倾动机械既能保证转炉正常安全生产又能达到经济合理的目的。本文计算时包括新炉、老炉两种工况,使据此设计的倾动机械能满足转炉整个炉役过程的工作要求。
在计算某厂220 t转炉的倾动力矩时,发现耳轴位置降低到与新炉空炉重心基本相同时,最大倾动力矩仍明显大于设计人员的期望值,本文对此问题进行了分析,找到了原因所在。
1 问题初步分析
倾动力矩由空炉力矩、炉液力矩、摩擦力矩3部分组成。其中,摩擦力矩相对很小,它对倾动力矩的影响可以不考虑。
最大倾动力矩产生时其构成情况见表1。表1中列出了最大倾动力矩时的空炉力矩和炉液力矩及耳轴相对新炉空炉重心高度。
通过对表1的数据进行分析可以发现,在两个力矩值比较理想的耳轴位置5 580 mm和5 485 mm处,发生最大倾动力矩时,炉液力矩要比空炉力矩大很多。因此可见耳轴位置已相对较低,处于新炉空炉重心附近时,导致倾动力矩偏大的原因是炉液力矩较大。
2 炉液力矩分析
2.1 理论分析
图1为炉液力矩计算分析示意图。当转炉旋转一定角度后,炉液重力作用线与转炉炉体纵轴线偏离,由此,炉液重力对耳轴中心产生力矩Md:
Md=mdg·L1 。
针对某一固定的旋转角度,炉液力矩形成有2个因素:炉液重力mdg和力臂L1。对于固定吨位的转炉,装入量不变,即炉液重力mdg不变,因此,影响炉液力矩大小的因素就是力臂长度L1了。耳轴位置的设定一般稍高于空炉重心,若保持耳轴高度与空炉重心的相对距离不变,要想减小力臂的长度,就必须缩短炉身的长度。如图1所示,将炉身缩短,则耳轴位置相应下降,炉液力矩的力臂由L1变为L2,长度缩短,因此,炉液力矩值也必然相应下降。
2.2 具体计算分析
转炉在任意倾动角度时,其炉液质心位置为D,坐标为(zd,xd),炉液质量为md,则炉液质量md对耳轴中心L所产生的力矩即为炉液力矩Md,如图2所示,它可由下式计算[1,2]:
Md=mdg[(H-zd)sinα-xdcosα] 。
下面分析相同的装入量、炉体内腔形状和倾动角度时,缩短炉身段的长度对力矩的影响。
因为耳轴位置已经离空炉重心很近,为分析简便,假定耳轴位置选在与空炉重心高度相同处。又因为最大倾动力矩发生在倾动60o左右,所以选倾动角60o时进行分析。
若炉身段在空炉重心上方和下方各减少ΔH,如图3所示,则炉液力矩减少量为:
ΔMd=ΔHmdgsinα 。
装入量为300 t,倾动角为60o时;
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3 炉身长度变化对220 t转炉力矩的影响
转炉炉身长度的变化即为炉体高径比的变化。经查文献,转炉吨位大于130 t时,高径比应在1.3～1.4范围内,大炉取下限[3]。
200 t转炉的高径比为11 396/8 122=1.4,炉体为瘦长型。若高径比取为1.35,则炉体高度H炉=8 112×1.35=10 950 mm,ΔH=(11 396-10 950)/2=223 mm,那么炉液力矩减少量为:ΔMd≈259 800ΔH=259 800×223≈5 800 Nm。
若将高径比取为1.3,则炉体高度H炉=8 112×1.3=10 545.6 mm,ΔH=(11 396-10 545.6)/2=425.2 mm,那么炉液力矩减少量为:ΔMd≈259 800ΔH=259 800×425.2≈11 000 Nm。
由此可见,炉身长度变短,即高径比变小,倾动力矩能明显减小,吨位越大的转炉越是如此。
4 结论
此220 t转炉倾动力矩偏大原因是炉体选用了较大的高径比。炉体的高径比决定了倾动力矩总体水平的大小,高径比越大转炉倾动力矩的总体水平越高,吨位越大这种影响越明显。
摘要：某厂220 t转炉按全正力矩原则和正负力矩等值原则确定耳轴位置时,所得倾动力矩值较以往经验值都过大,不能满足设计要求。针对此问题进行了分析,找到了倾动力矩偏大的原因,为转炉的设计提供参考。
关键词：转炉,耳轴位置,倾动力矩
参考文献
[1]谭牧田.氧气转炉炼钢设备[M].北京:机械工业出版社,1983.
[2]潘毓淳.炼钢设备[M].北京:冶金工业出版社,1992.