摘 要 本文詳細論述了濟鋼120t轉爐傾動控製係統的原理
關鍵詞 變頻器 主/從控製 轉矩控製
The System of NO.1 Tilting Equipment of No.3 Steel Making Plant in JiNan Iron &Steel Group.
DingYanPing HanJiJin
(Automation Department of JiNan Iron &Steel Group)
Abstract The Principle of the control system of the 120t BOF tilting equipment was detailedly discussed in JiNan Iron &Steel Group.
Keywords Converter ; Main/Slave Control ; Torque control

一
、 前言
weileshiyingriyijiliedeshichangjingzheng，xuduogangchangdouzaizhengxiangjianshexindeshengchanxian，jiganggenjugangtieshichangdexingshihejinhoudefazhanjiehechanpindetiaozhengerxinjianleyizuoliangangchang，qiguanjianshebei120噸(dun)頂(ding)底(di)複(fu)吹(chui)轉(zhuan)爐(lu)傾(qing)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)
，以(yi)往(wang)由(you)於(yu)所(suo)要(yao)求(qiu)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)速(su)度(du)和(he)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)較(jiao)高(gao)，一(yi)直(zhi)是(shi)采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)驅(qu)動(dong)的(de)傳(chuan)統(tong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。隨(sui)著(zhe)近(jin)幾(ji)年(nian)交(jiao)流(liu)技(ji)術(shu)的(de)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)
，其(qi)控(kong)製(zhi)水(shui)平(ping)達(da)到(dao)並(bing)超(chao)過(guo)傳(chuan)統(tong)直(zhi)流(liu)調(tiao)速(su)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)要(yao)求(qiu),且變頻器在零速時仍能產生滿轉矩。三煉鋼廠這次就是使用美國A-B公司生產的具有精確轉矩技術的IMPACT係列變頻器。
二、 係統的工藝要求
1、120t轉爐的傾動機械設備采用4台交流變頻電動機驅動
，4台電動機采用4點齒合全懸掛形式，通過扭力杆裝置進行力矩平衡。
2、4台電動機同步啟動、製動及同步運行。根據要求轉爐可以在0.13~1.30rpm之間進行傾動速度調節，轉爐可以作±360°旋轉。
3
、當1台電動機發生故障，剩餘3台電動機繼續正常運行
，此時轉爐速度控製在0.13~0.8rpm之間。
三、 係統的配置圖及電氣參數
1、交流變頻電動機型號：YZP355S-8-132KW
；轉速：740rpm
；額定電壓：380V；額定電流：250A；額定轉矩：1700N.m；起動轉矩倍數：2.0；最大力矩倍數：3.0
2、變頻器型號：1336E-BP300-L8E-GM6；功率：220kw；具有DeviceNet接口，采用編碼器速度反饋，其型號為TURCK 8.5823.1831.1024

；
3
、 PLC型號: QUANTUM 140 CPU 534 14 ,主機熱備

，與氧槍係統和本體輔機係統共用。
4、托圈編碼器型號：TURCK 8.5826.1831.3600.
5、應用軟件：CONCEPT 2.5、MP7、RSLinxv2.4、 RSNetworkforDNET。


四、 係統功能簡介：
（一）
、變頻器部分
先簡單的介紹一下恒轉矩模式下變頻器的基本原理：
由於異步電動機的轉速n=[(60f1)/p](1-s)，當轉差率變化不大時，n 基本上正比於f1
，變頻調速時，為了使勵磁電流和功率因數保持不變。則希望磁通φ也保持不變。由定子電路的電動勢方程式可見

，在忽略定子漏阻抗的情況下，得
UX≈EX=4.44f1W1kW1φ
為了在f1/變化是φ保持不變，則由上式可見UX / f1必須為定值，即UX必須與f1成比例地變化。
對於恒轉矩調速，如果變頻器裝置保證UX隨f1成比例地變化，則可保證在頻率變化過程中電動機具有同樣的過載能力，在f1相對較高時，根據電動機的轉矩公式得
T≈C(UX/f1)2
C為常數，C=（m1p）/[8π2(L1+L2’)]
由於Tm=KTTN,得Tm=C(UX2/KTf12)
因此，如頻率變化為定子相電壓
、額定轉矩及過KT載倍數相應的變為UX’
、TN’、KT’則頻率變化前後額定轉矩之比為

為使頻率變化前後電動機具有同樣的過載能力，即KT’=TN，則定子電壓應根據下列規律來調節。

對於恒轉矩調速

，TN’=TN，,因此 =定值
由此可見，恒轉矩變頻調速時，如能保持 UX/f1=定值,則可保證調速過程中電動機的過載能力基本不變,同時可滿足磁通φ基本不變的要求．
本係統的具體控製方式如下：
1、 電機采用變頻器一對一控製
，變頻器與PLC之間采用網絡及I/O進行通訊，在傾動變頻調速櫃中，為了抑製電源側過壓
，減少電流畸變
，在變頻器輸入側配有進線電抗器。
2、四象限運行。變頻器能工作在正向出力
、正向製動、反向出力、反向製動四種工作狀態。
3、主/從控製功能（速度/轉矩控製）。由於IMPACT變頻器采用了磁場定向控製技術


，可獨立控製交流電動機的磁通量和轉矩電流，實現精確的轉矩和速度控製。所采用的FORCE技術應用了專利型的
、頻寬的電流調節器技術
，加上自適應的控製器，可以對電動機的磁通量和轉矩進行分離和控製，很好地實現了係統的主/從控製要求。如圖二所示。
在HMI上任選四台變頻器中有一台為主
，PLC將其68號參數置1，進行速度控製（68號參數選擇1），另外三台設為從（68號參數置2），主變頻器的內部轉矩輸出（229號參數）為從變頻器的轉矩給定（69號參數）進行轉矩控製。當一台從變頻器出故障時，主變頻器內部轉矩輸出（229號參數）信號給另外兩台從變頻器的轉矩給定，進行轉矩控製。當主變頻器出故障時，HMI上會有故障顯示，係統自動封鎖，如果變頻器的故障無法複位，可在HMI上另選一台為主，PLC將該變頻器中的68號參數賦值1，變為速度控製（使其變為主變頻器），其內部轉矩輸出（229號參數）信號作為另外兩台變頻器的轉矩給定，進行轉矩控製。
采用編碼器反饋，1336IMPACT變頻器調速範圍為1000：1
，調速精度最高可達+/-0.001%，轉矩調整率為2%，性能達到並超過大功率直流調速器。




4
、零速滿轉矩功能。由於采用FORCE技術，在全調速範圍內可直接控製轉矩，具有低頻力矩補償功能，包括如圖四所示零速滿轉矩。


5、此外還具有電動機勵磁預置功能和力矩電流平衡功能;兩倍的過載能力
，1分鍾的條件等
；滿足了傾動設備的力矩控製要求。。
6、GM6使變頻器通過設備網（DeviceNet）與PLC通訊，具體如圖五所示。


（二）、係統控製程序實現的功能:
1
、 裝料操作台、出鋼操作台

、出渣操作台三地互鎖，一地操作，其他兩地無法操作。
2、 當外部聯鎖條件不允許時，自動封鎖係統。
3、 隻有選擇了三台以上電機，才允許係統運行。四台的運行速度為0.13~1.30rpm，三台的運行速度為0.13~0.8rpm。
4、 實現係統的主/從切換、電機的預勵磁
、運行等控製。
5、 為了增加操作工人的可靠性，無論何種模式運行
，轉爐接近零位時自動減速停止在零位,離開零位要重新推出主令
，電機方可運行。
6
、 實時顯示轉爐的傾動角度，當監控到托圈編碼器出現故障時，自動在上位報警，提示操作人員。
7、 實時顯示四台傾動電機的電流
、頻率值，並自動對特定角度下電機的電流、電壓、轉矩等數據進行比較，超出範圍時，及時報警。
8、 係統的基本保護措施: 傾動係統選擇主；運行過程中主電機必須運行
；相應的操作台選擇本地；外部聯鎖條件正常（氧槍在待吹位以上，活動煙罩在上限
，活動煙罩不在下限
，稀油潤滑正常，副槍不在檢測位）
；無傾動係統綜合故障（選擇3台以上傾動電機入；相應的變頻器主電源投入；電動機風機運行；選擇的變頻器無故障

，且必須切入

；傾動控製UPS電源正常；傾動操作電源合
；傾動操作電源正常；傾動抱閘電源正常）
；HMI設定：傾動係統為生產方式、傾動“係統啟動”、沒有選擇“係統停止”、及“係統休止”；操作台沒有按下非常停止指令。
9、 為了防止電機點頭及下滑
，主令離開零位1秒內必須有三台以上電機運行，且主令離開零位給定大於一定值才能發出運行信號。
10、為了保證設備的安全運行，如果轉爐出現以下情況必須報警：
（1）在零位時電動機的驅動力矩大於700Nm
（2）電動機最大驅動力矩大於1800Nm10秒以上
（3）轉爐正常操作時,電動機驅動力矩大於2290Nm。
由於變頻器采用了FORCE技術係統滿足恒轉矩變頻調速時，磁通φ基本不變，隻要φ不變
，則根據

，
可知轉矩與力矩電流分量成正比
，知道了電機的額定電流和轉矩及任一時刻的電流值即可求出其轉矩，即：

五、 結束語
三煉鋼自2003年3月1日ri投tou產chan後hou，其qi傾qing動dong係xi統tong運yun行xing一yi直zhi正zheng常chang，由you於yu種zhong種zhong原yuan因yin
，原yuan設she計ji的de正zheng力li矩ju轉zhuan爐lu

，實shi際ji是shi負fu轉zhuan矩ju，給gei傾qing動dong係xi統tong控kong製zhi的de安an全quan性xing增zeng加jia了le一yi定ding的de難nan度du。為wei了le增zeng加jia係xi統tong的de可ke靠kao性xing，我wo們men采cai取qu了le許xu多duo措cuo施shi：如在抱閘回路中增加了一些控製節點等。總之，隨著運行時間的加長我們會對係統進行進一步的完善,使其運行更加安全、可靠。