PLC和变频器在酒钢转炉倾动自动控制中的应用

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1、罗克韦尔PLC和变频器在酒钢转炉倾动自动控制中的应用摘要：本文针对酒钢200万炼钢转炉倾动系统电机的机械特性和工艺要求，结合生产实际，对ControlLogixPLC系统和1336Force交流变频器在酒钢200万炼钢转炉倾动系统的使用情况进行分析了和阐述。关键词：PLC变频器倾动自动控制1引言　　酒钢200万炼钢有3座120t顶底复吹转炉，1#转炉已经于2005年4月份投产，2#和3#转炉于2006年初投产，三座转炉的倾动和氧枪系统均采用罗克韦尔自动化公司的Allen-BradleyLogix平台控制系统-ControlLogix，NetLinx网络架构Contr

2、olNet，和基于磁场定向矢量控制技术的1336Force交流变频器，实现转炉倾动和氧枪系统的自动控制，其自诊断和保护功能可靠，降低了设备故障停机时间，大大提高了生产效率。2　转炉倾动负载特性分析2.1转炉倾动负载特性分析在转炉系统中，炉体倾动部分采用四台倾动电机，通过减速机刚性连接，并采用全悬挂固定方式和扭力杆力矩吸收方式，如图1所示。图1转炉倾动结构示意图　　根据工艺要求，转炉的倾动角度为正反360°。转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态。故炉子倾动负载力矩为角度的函数Mfz=f(θ)，属于反阴性的位能负载。另外，据工艺设计说明，转炉按正力矩设计，即炉

3、子耳轴下部比上部高，下部比上部重。从而确保转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，能靠炉体自身的正力矩来确保炉口向上，这样不至于发生倒钢等事故。但当维修炉拆除炉底后以及炉口粘钢渣太多时，炉体可能出现上部较下部重，由于液体钢水重心随转炉倾角的变化而变化，这样在修炉和出渣或出钢时，可能出现负力矩。当炉体处于正力矩状态时，电动机处于电动运行状态，当炉体处于负力矩状态时，电动机处于回馈制动状态，电动机的机械特性和负载特性如图2。(a)正力矩状态(b)反力矩状态图2倾动电动机的机械特性和负载特性　　倾动机构工艺要求：　　主要特性及参数：工作倾动力矩：240t.m；　　过载倾动力矩：6

4、60t.m；　　倾动速度：0.10-1.0r/min；　　倾动角度：+/-360°；　　倾动电机：变频电动机：YTSZ315L-10，4台；　　额定功率/电压：110kW/AC380V；　　额定转速/频率：585r/min/50Hz；　　额定力矩/电流：1750Nm/230A；　　速度反馈用编码器：30-3641IA-1024；3　变频调速的原理　　我们知道，交流电动机的同步转速表达式为：n＝60f(1－s)/p　　式中　n———异步电动机的转速；　　　　f———异步电动机的频率；　　　　s———电动机转差率；　　　　　p———电动机极对数。　　由上式可知，转速n与

5、频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，这就是变频调速。　　按照电力拖动原理，在基频以下属于“恒转矩调速”，而在基频以上，基本上属于“恒功率调速”。由于转炉倾动和氧枪升降属重起动或满载起动负载，故要求电动机在起动时要有足够大的起动转矩和足够大的过载能力。采用恒磁通变频调速，在低频时（低速时）可通过人为地提高电压来保证电机具有最大恒转矩调速特性，因而可以满足重载起动负载要求。另外由于转炉倾动为位能负载，故有发电制动工作状态。而变频器可通过加“过压保

6、护放电阻”提供这种“回馈”通路。　　由于变频调速可以得到几乎与直流电机调速相同“硬度”的机械特性，因而可以说，变频调速传动系统完全具备了用于转炉倾动这种位能负载上的可能性。在本项目中使用的A-B1336FORCE变频器，采用FORCE磁场定向控制技术，能够获得交流电动机速度和转矩的卓越控制性能。FORCE技术是使交流电动机真正获得“类似直流调速”性能的变频技术。4　系统功能4.1控制功能　　转炉倾动变频系统各变频器的控制分两种方式：　　（1）变频装置的单机调试、检修在人机接口操作面板（HMI）上完成；　　（2）设备联动运行通过PLC系统实现（操作地点：正常生产时在中

7、控室或机旁，联机调试时在变频器柜柜门）。　　在任何一种情况下，均能保证控制方式的唯一性，而且控制方式的切换通过柜门上转换开关、按钮实现，方便、可靠。　　转炉4台倾动变频器在正常工作时以1主3从方式进行工作；当其中1台故障时，余下3台装置转换调整后以1主2从方式进行工作；进一步当其中2台故障时，余下2台装置转换调整后以1主1从方式进行工作。4.2系统配置和功能实现　　根据倾动机构工艺要求及控制功能，每座转炉倾动变频系统配置了一套相对独立的PLC（1#转炉为PLC12）系统，通过控制总线ControlNet网络接口实现转炉变频器及PLC间的通讯（如图3）,同时实现与