摘要：介绍了八钢150t转炉倾动系统的设计与调试过程，重点对转炉倾动的主从控制、制动器的控制、故障处理等问题和调试中的主要控制参数、程序设计进行了说明。
关键词：转炉；变频调速；矢量控制；主从切换
1前言
新疆八一钢铁股份有限公司（简称八钢）150t转炉与2012年8月建成投产，由宝钢工程技术有限公司（简称BSE）负责设计、制造以及施工，控制系统采用美国罗克韦尔系统，其转炉、氧枪、副枪等的控制设计安全、可靠、稳定，投产后当月即达产，控制系统运行正常，自动化水平较高，实现了“一键”炼钢的目标。
转炉倾动是系统的核心，根据转炉倾动频繁点动、启动力矩大等特点，八钢150t转炉倾动控制采用交流矢量变频器控制，满足四台变频器同步运行。
2系统的设计
2.1倾动控制系统
转炉控制系统核心包括倾动控制系统、氧枪控制系统、投料控制系统等，为了解决系统的通讯速度问题，确保控制器与倾动变频器之间通讯快速、可靠，系统设计时采用将倾动系统独立于转炉其他系统，系统只控制转炉倾动及倾动辅助设备，如倾动润滑站、裙罩的升降等。
系统采用ControlLogix 1756-L61控制器作为控制主站，控制网络选用ROCKWELL的ControlNet网络，并且设计两个并行网络，一是与转炉系统其他控制器实现数据交换，另一个是与四台PowerFlex 700S变频器进行数据交换，变频器之间也通过该网络经控制器实现数据交换。
2.2变频器控制系统
系统设计了四台电动机驱动，所以对应的设置4台交流变频器，电动机功率为200kW，变频器选用PowerFlex 700S变频器，考虑到转炉倾动负载的变化大、启动力矩大等情况，变频器功率选型比电动机大一个等级，功率为315kW，考虑到倾动控制精度，采用矢量控制方式（FVC），系统结构如图1：
从图中可以看出，在每台变频装置的出线侧均设置了刀开关，形成电气回路上的可靠断点，为了检修安全。每台电动机上均设置了一个增量型编码器用来速度反馈值，反馈信号信号不是接入控制器而是直接连接变频器。变频器的制动采用制动单元+制动电阻的控制方式。
2.3变频器的主从控制
PowerFlex 700S变频器重要的应用特点之一就是力矩跟随/主从控制，其特点主要有：主从精确的负载分担、精确的速度调节、工作在很宽的速度范围、多个驱动器作为一个行为较大的驱动器，优点为精确的负载共享，没有速度范围限制，最小/最大扭矩参考比较功能，有效的防止飞车。
主变频器采用速度控制模式，编码器反馈闭环控制，电机的速度能够动态跟随，从变频器采用转矩控制模式，且从变频器的转矩模式由主变频器给定，从变频器的编码器反馈用于速度限幅，使得各台电机的力矩保持平衡。
具体到转炉倾动的控制，方式为在四台变频器中任选一台作为主变频器，采用速度控制模式，主变频器接收控制器发出的控制和速度指令，其余三台变频器均为从变频器，采用转矩控制模式，主从可以任意选择，每台变频器均可以作为主变频器，通过PLC软件编程即可实现，同时将主变频器转矩赋值于从变频器中。
2.4制动器的控制
转炉倾动装置采用四台电机同时驱动，每台电机分别设置独立的制动器，四台倾动电机的制动器统一由控制器发出控制指令，其优点为避免因变频器出现故障而导致制动器失控的情况，较之四台制动器分别由相应的变频器独立控制的情形会更加安全可靠。
转炉采用正负力矩进行力矩设计，为了确保转炉倾动在负力矩状态下能有足够的启动力矩，设计上要求制动器在电动机输出足够的转矩后才允许打开，避免转炉炉体下滑或抖动。程序设计为：（1）制动器打开：控制器发出启动和速度指令，启动变频器制动器，变频器其输出转矩，待变频器的输出转矩达到一定数值后，制动器才能打开，这样就能保证转炉炉体启动平稳.（2）制动器关闭：控制器发出停止指令，变频器停止运转，转速下降，当变频器输出转速降至一定数值后，制动器关闭，这样就避免了过早制动导致变频器直流母线电压升高以及炉体抖动情况。（3）为了使转炉倾动控制更加安全，采用了延时停止励磁电流的设计，在转速降至零时，制动器关闭，同时电动机励磁电流还持续存在，有足以保持倾动稳定的力矩，进一步确保倾动准确停止，延时一段时间后励磁电流消失。
3系统调试
3.1制动器调试
经过现场多次调试验证，制动器打开转矩起始力矩设定为±50%，即控制器发出启动指令后，判断变频器的实际输出转矩达到额定转矩的50%才能打开制动器。
制动器关闭后电动机励磁电流持续时间经实际试验和验证，设定为90秒，即制动器关闭后，电动机持续励磁电流90秒，确保倾动制动可靠、稳定。
制动器关闭则需屏蔽倾动指令2~3S，防止在关闭的过程中重新倾动，倾动指令给出且变频器运行5S后，抱闸没打开，则为抱闸打开故障。
3.2重要参数调试
所有控制系统的均要求响应时间短、超调量小，由于转炉的四台变频装置采用主从控制，主装置的参数整定对整个系统的动态性能有着较大的影响。如果主变频器的响应时间较长，可能系统会出现无法跟随给定的状态；如果主变频器的超调量较大，那么从装置驱动的电机将反复振荡。因此，调试的重点就是加速时间、减速时间、Kl，Kp，Kf等参数，需要反复调试验证，直至调节平稳。
4结束语
经过上述的设计以及调试方法，较好地解决了转炉倾动的控制问题，使转炉倾动运行平稳、可靠，能够较好地满足生产的要求，八钢150t转炉投产至今转炉倾动控制系统没有发生过倾翻、溜车等事故，确保了生产的稳定进行。
参考文献：
[1] ROCKWELL SOFTWARE公司 PowerFlex 700S变频器用户手册
[2]张芳. 转炉炼钢500问.北京：化学工业出版社，2009
[3]马竹梧等编著，钢铁工业自动化（炼钢卷）[M].北京：冶金工业出版社，2003
论文作者:刘兴海,王晓钢,唐烨,郑涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/8/8
标签：变频器论文; 转炉论文; 制动器论文; 转矩论文; 力矩论文; 控制系统论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第10期论文;