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变频器在高炉卷扬系统中的应用

  • 投稿鱼头
  • 更新时间2015-10-21
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陈昊

沈阳铁旭自动化有限公司

[摘要]可靠稳定快速的上料可有效保证高炉产量以及提高冶炼质量。本文根据高炉生产的要求以及高炉卷扬机主驱动系统的技术特点,在高炉上料系统中采用PLC与变频器相结合实现了对料车的控制,解决了因卷扬控制系统不稳定而造成的休风、停产问题。提高了卷扬上料系统的稳定性,降低了上料系统的故障率。

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关键词 ]变频器;PLC;高炉卷扬

1.高炉上料设备概况

高炉上料设备是高炉供料系统的重要设备主要包括料车坑、料车、斜桥、卷扬机或上料机。料车上料机主要由斜桥、料车和卷扬机三部分组成。工作过程中,两个料车交替上料,当装满炉料的料车上升时,空料车下行,空车重量相当于一个平衡锤,平衡了重料车的车厢自重。

1.1料车卷扬机

料车卷扬机是料车上料机的拖动设备,其主要由电动机、联轴节、抱闸、减速机、卷筒齿轮传动机构、卷筒和断电器等部件组成。

根据料车运动的工作过程,其工作特点是:

(l)能够频繁起动、制动、停车、反向、转速平稳、过渡时间短;(2)能按照一定的速度图运行;(3)能够广泛地调速,调速范围一般为0.5-3.5m/s;(4)系统可靠工作。在进入曲轨段及离开料坑时不能有冲击,确保终点位置准确停车。

1.2料车

料车在斜桥上的运动分为起动、加速、稳定运行、减速、倾翻和制动六个阶段,在整个过程中包括两次加速和两次减速。料车提升一次所需要的时间与料车的运动速度和加速度有关,其变化曲线如图1.1所示:

t l时间内:料车起动,重料车开始上行,同时空料车开始自炉顶极限位置下行。此时,钢绳自卷筒退出的加速度不应超过料车的加速度,以免产生钢绳松弛现象。

t2时间内:重料车上行并继续加速到最大速度,一般加速度。t3时间内:料车以最大速度,稳定运行。t4时间内:重料车进入卸料曲轨段之前的(第一次)减速时间。t5为重料车在卸料曲轨段等速行走时间。t6为重料车第二次减速到停车时间。

2、控制系统的选型与设计

卷扬电控系统的选型首先保证系统的稳定性和可靠性,同时考虑操作简单、维护简便、施工方便、系统经济等因素:

(1)中央控制器选用性价比高的西门子S7-400系列PLC,其CPU采用6ES7412-2XJ05-0AB0,该CPU具有2个Profibus-DP接口,主要用来与变频器通信,采集速度与电流信号。(2)变频传动采用ABB的ACS800变频器,带有专用的提升软件(含有主从应用宏),采用直接转矩控制方式,在零速具有满转矩的特性,带有脉冲编码器和Profibus-DP接口。(3)考虑到施工维护的方便性以及防止线路干扰,采用Profibus-DP总线,在卷扬机附近设立1个ET200M远程站。(4)为了维护方便,设一台上位机,实时监视卷扬机的运行状态并进行记录,以方便故障分析查找。(5)整个系统贯彻冗余的原则。电源冗余:有两路独立的电源给卷扬机供电;传动系统冗余:设有4台变频器,两两互为备用;检测元件冗余:设有两套主令控制器、两套编码器。

3、卷扬控制系统的实现

3.1卷扬系统构成及配置

卷扬系统开关量较多,模拟量较少。系统具体配置情况如图3.1所示。

3.2控制系统软硬件配置与网络配置

系统采用P L C控制,通过上位机完成系统监控及数据采集记录等功能;采用西门子S7-4 0 0组成基础自动化系统;采用Ifix监控软件,编程软件采用step7,WindowsXP作为系统平台界面,组成计算机化的操作系统,实现人机通信。

控制器与上位机之间采用工业以太网通信。主机控制单元接受由I/O接口收集的开关量信号,在实现对设备控制的同时与监控站上位机通信。

传动原理(如图3.2所示):

(1)采用独立双路供电,通过双投切换开关QS1来实现。

(2)采用4台变频器,其中1#、3#变频器控制1#电机,2#、4#变频器控制2#电机,1#和2#变频器为一组与3#和4#变频器互为备份,变频器的切换通过选择开关进行切换;电机的切换则由双投切换开关QS2和QS3实现。(3)由于在机械结构上有两个电机,通过用光纤连接两变频器控制板上有主从同步接口板实现主从同步。(4)每台变频器的主回路设有进线接触器,以便在紧急情况下控制接触器的分离,让整个系统断电。

3.3变频参数设置

(1)电机的参数:将电机上铭牌参数,准确地输入到变频器中。卷扬系统要求两电机同步运行,因此需要设置主从同步参数。(2)为精确控制电机,将变频器控制模式的设定为DTC控制模式。(3)加减速时间设定:加减速时间尽可能小,但如果加速时间过小,容易造成变频器过流。(4)料车在减速过程中,需要制动斩波器和制动电阻,因此要对制动功率和制动电阻的大小进行设定。(5)变频器挂在PLC下,将变频器的速度和电流信号传给主PLC,因此需要设定Profibus-DP通信的有关参数。(6)在料车的上行过程中,速度是从低速到高速,然后一次减速、二次减速,最后停车。因此每段的速度是多少,需要根据实际情况设定。(7)变频器的输出信号需要设定。

结论

该高炉卷扬控制系统采用西门子PLC控制同ABB变频器传动相结合的技术,达到较高的控制要求,满足了高炉正常生产对设备无故障运行指标的严格要求,提高了高炉的产能。