ABBACS800變頻器在萊鋼轉爐上的應用

　　摘要：介紹ABB公司ACS800變頻器直接轉矩（DTC）功能在萊鋼轉爐傾動控制及氧槍控制上的應用及多傳動系統(tǒng)參數(shù)的設定。
　　
　　概述
　　
　　煉鋼廠轉爐煉鋼工藝較復雜，檢測參數(shù)多，設備動作頻繁。工藝參數(shù)檢測準確與否、自動控制水平高低，直接關系到鋼水質(zhì)量與產(chǎn)量高低。為此，必須有一套檢測準確及時、自動控制水平較高的控制系統(tǒng)，才能穩(wěn)定生產(chǎn)，滿足企業(yè)生存與發(fā)展需求。
　　
　　1、轉爐傾動負載特點
　　
　　目前煉鋼方法主要有3種，即平爐煉鋼法、轉爐煉鋼法、電爐煉鋼法。大部分采用氧氣頂吹轉爐煉鋼，其*性是有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。
　　
　　氧氣頂吹轉爐煉鋼主要設備有：原料供應設備，包括鐵水廢鋼、散狀材料及鐵合金等供應；轉爐主體設備，由爐體、爐體支承裝置和爐體傾動電力拖動控制系統(tǒng)等組成；吹氧裝置，氧氣轉爐煉鋼時，用氧量大，要求
　　
　　供氧及時，氧壓穩(wěn)定，安全可靠，必須有一套完善設備來保證向轉爐供氧；煙氣凈化處理設備；爐渣處理設備，爐外精煉設備，鑄錠設備。
　　
　　工藝要求轉爐傾動角度為±360°。轉爐爐子耳軸下部比上部高，下部比上部重，按正力矩設計。當轉爐電控系統(tǒng)失靈或抱閘力不夠時，依靠爐體本身正力矩來確保爐口向上，不發(fā)生倒鋼事故。
　　
　　轉爐正常工作時，需要傾倒鋼水，就由電動機輸出正力矩，帶動轉爐緩慢傾動。倒完鋼水后，需要緩慢把爐體回歸正位。
　　
　　2、轉爐對傳動系統(tǒng)有很高要求：
　　
　　（1）機械傾動轉爐能連續(xù)回轉360°，能準確停止任意位置上，還應具有調(diào)速性能。其傾動位置要求能與氧槍、盛鋼桶車及煙罩等相關設備聯(lián)鎖。
　　
　　（2）運轉過程中，必須有zui大安全可靠性，電氣或機械中某一部分發(fā)生故障時，傾動機械應有能力繼續(xù)進行短時間運轉、維持到煉鋼一爐結束。傾動機械發(fā)生無法控制事故時，爐子會自動傾翻發(fā)生“倒鋼”事故。
　　
　　（3）傾動機械應有良好柔性性能，以緩沖沖擊負荷和由啟動、制動產(chǎn)生的扭振。
　　
　　3、變頻器在轉爐控制系統(tǒng)的配置
　　
　　根據(jù)轉爐的傾動和氧槍控制系統(tǒng)的特點,選用了ABB公司的ACS800系列DTC（直接轉矩控制）變頻器。
　　
　　ABBACS800系列變頻器將DTC技術和模糊控制理論合二為一,構成高性能、低成本的變頻器調(diào)速產(chǎn)品,并且性能大大優(yōu)于矢量控制變頻器。
　　
　　在DTC中,定子磁通和轉矩被作為主要的控制變量。高速數(shù)字信號處理器與*的電機軟件模型相結合使電機的狀態(tài)以40000次/秒更新。由于電機狀態(tài)以及實際值和給定值的比較值被不斷地更新,逆變器的每一次開關狀態(tài)都是單獨確定的。這意味著其傳動系統(tǒng)可以產(chǎn)生*的開關組合并對負載擾動和瞬時掉電等動態(tài)變化做出快速響應。在DTC中不需要對電壓、頻率分別控制的PWM調(diào)制器，因此沒有固定的斬波頻率,在實際運行中,不會產(chǎn)生其它變頻器驅動電機時所發(fā)出的那種高頻噪聲,同時也降低了變頻器本身的功耗。
　　
　　標準內(nèi)置的進線電抗器明顯地降低了進線電源/穩(wěn)壓器的高次諧波含量,大大降低了變頻器的電磁輻射,同時保護整流二極管和濾波電容器免受來自電網(wǎng)的電壓、電流的沖擊。
　　
　　轉爐容量為100t,轉爐的傾動電機為4臺90kW的變頻電機,氧槍電機為2臺75kW的變頻電機;上位控制系統(tǒng)采用西門子的s7-400系列PLC。
　　
　　4、傾動和氧槍的控制情況
　　
　　4.1傾動控制
　　
　　轉爐的傾動由3~4臺電機完成,為了系統(tǒng)更可靠更穩(wěn)定地工作,幾臺電機要進行負荷分配,確保所有的電機出力是一樣的。
　　
　　由于電機之間采用剛性連接,所以要求所有電機的速度要同步。電機間的傳動系統(tǒng)采用主/從控制,變頻器之間用RDCO-03C光纖通信模塊進行連接（如圖1所示）。在系統(tǒng)配置中,其中一臺變頻器作為主機,作速度控制,從機跟隨主機的轉矩,同時從機打開窗口功能，監(jiān)控主從機之間的速度差，當超過限值時作出適當?shù)恼{(diào)整，防止機械跑偏，保證整個系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，避免由于電機運行不同步而產(chǎn)生的轉爐“點頭、搖頭”現(xiàn)象。　　　　
　　每個變頻器可以在主/從之間切換,但是在同一時間只能有一臺作為主機,主機通過光纖通信高速給從機發(fā)出控制命令,從機接收主機發(fā)出的啟動、停止指令及轉矩的給定值進行動作。
　　
　　某臺從機出現(xiàn)故障,并不影響主機和其它從機的通信和動作,可以繼續(xù)運行,等到適當時候進行檢修;當主機出現(xiàn)故障時,從機由于接受不到主機的信號而停機并報故障,此時將其中一臺從機切換為主機,故障主機切換為從機,切換完成后,主機發(fā)出復位命令將信號同步后,從機故障信號消失,系統(tǒng)正常后,繼續(xù)運行,等到適當時候對故障設備進行檢修。
　　
　　主機正常而從機同時報故障,說明通信出現(xiàn)了問題。為了不影響生產(chǎn)的正常進行,此時將所有從機切換為主機,即幾臺變頻器同時進行速度控制,當檢修條件具備時應立即檢查通信問題。
　　
　　需要注意的是檢修變頻器時,如果需要其它變頻器繼續(xù)運行,由于變頻器斷電后,光纖通信網(wǎng)絡已經(jīng)斷開,所以其它變頻器不能進行主/從控制,應全部切換為主機才能繼續(xù)運行。等檢修完后,再切換為主/從控制方式。
　　
　　如果進行正常的主/從切換,從機會由于暫時得不到主機信號報故障,當主/從機切換完成,給主機發(fā)出復位指令后,可以消除所有報警信號。
　　
　　傾動電機變頻器選用ABBACS800系列變頻器，軟件采用提升軟件版本并帶有主從宏。由于要求每臺變頻器既具有主機的功能同時又具有從機的功能，因此需要2套參數(shù)，使用ABBACS800系列產(chǎn)品中的2套用戶自定義控制宏通過DI端子切換可以方便地實現(xiàn)。其主要參數(shù)如下：
　　
　　（1）可選模塊參數(shù)：98.01Rtac-Slot2RTAC在插槽2上。
　　
　　（2）啟動數(shù)據(jù)參數(shù)：99.02M/FCTRL主從控制；99.04DTC直接轉矩控制；99.05—99.09電機銘牌數(shù)據(jù)；99.10電機辨識。
　　
　　（3）提升機參數(shù)：64.01TrueStandAlone。
　　
　　（4）數(shù)字輸入?yún)?shù)：10.01InternalAck制動應答數(shù)字輸入；10.02NotSelStandAlone模式下的零位數(shù)字輸入；10.03NotSelSlowdown數(shù)字輸入；10.04NotSelStandAlone模式下的快速停車數(shù)字輸入；10.05NotSel上電應答數(shù)字輸入；10.06NotSel同步請求數(shù)字輸入；10.07NotSel制動器故障數(shù)字輸入；10.08DI5分級給定2；10.09DI6分級給定3；10.16NotSel故障復位數(shù)字輸入；10.18NotSel外部故障輸入。
　　
　　（5）繼電器輸出參數(shù)：14.01BrakeLift繼電器輸出1的內(nèi)容；14.02NotSel繼電器輸出2的內(nèi)容；14.03Fault繼電器輸出3的內(nèi)容。
　　
　　（6）極限值參數(shù)：20.01-600運行zui小速度；20.02600運行zui大速度；20.06Off直流過壓控制器；20.07On直流欠壓控制器。
　　
　　（7）啟動/停車參數(shù)：21.01CnstDcMagn恒定勵磁模式；21.02924勵磁時間。
　　
　　（8）轉矩控制參數(shù)：24.013s轉矩給定從0到額定轉矩的時間；24.023s轉矩給定從額定轉矩到0的時間。
　　
　　（9）制動斬波器參數(shù)：27.01ON制動斬波器控制；27.02Fault制動電阻過載保護功能；27.031.35制動電阻器的電阻值；27.04制動電阻時間常數(shù)；27.05100kWzui大連續(xù)制動功率；27.06CommonDc制動斬波器的控制模式。
　　
　　（10）脈沖編碼器參數(shù)：50.011024編碼器每轉的脈沖數(shù)；50.02A_-BR編碼器脈沖的計算方法；50.03Warn-ing故障編程；50.041000ms延時時間；50.05True是否使用速度反饋。
　　
　　（11）速度監(jiān)視參數(shù)：61.03110%電機超速值。
　　
　　（12）轉矩監(jiān)視參數(shù)：62.01False轉矩監(jiān)視封鎖。
　　
　　（13）提升機參數(shù)：64.10StepRadio控制類型選擇；64.130%第1級速度給定；64.1420%第2級速度給定；64.1550%第3級速度給定。
　　
　　（14）邏輯處理器參數(shù)：65.01OFF保持ON；65.023sOFF延時。
　　
　　（15）機械制動控制：67.011s制動施加時間；67.023s制動故障延時；67.040s制動再打開時間；67.050.5s制動長時施加時間；67.061%~8%相對零速值；67.070.5s零速延時；67.09PAR67.10啟動轉矩選擇；67.1010%啟動轉矩給定。
　　
　　（16）給定處理器參數(shù)：69.025s正向加速時間；69.035s反向加速時間；69.043s正向減速時間；69.053s反向減速時間。
　　
　　（17）主/從控制參數(shù)：72.01Maste主從模式選擇；72.02Torque從機模式選擇；72.03負載分配；72.04Off窗口控制選擇；72.0910ms主/從故障延時時間；72.11Yes主從通信廣播模式；99.02User1Save用戶宏1。
　　
　　4.2氧槍控制
　　
　　氧槍控制的關鍵是，當機械抱閘打開后,電機必須有足夠的力矩以防止氧槍“溜車”。
　　
　　ABB變頻器的DTC控制方式可以采用恒定時間勵磁的方式以保證電機在零速下提供高達200%的輸出力矩。其的提升軟件具有轉矩記憶功能,將氧槍所需的啟動轉矩記憶下來,一旦系統(tǒng)啟動,就輸出所需的力矩,保證氧槍的平穩(wěn)運行。同時ABB提升軟件所具有的機械抱閘聯(lián)鎖控制功能更加保證了系統(tǒng)的安全運行。
　　
　　5、結語
　　
　　DTC控制變頻器的啟動轉矩較大，轉矩響應快，適合于轉爐傾動系統(tǒng)的驅動。ACS800的主/從控制功能為多電機同軸驅動負荷平衡找到了出路，使用方便。投運后運行正常，應用效果良好。