高爐主卷揚變頻控制系統(tǒng)設計

高爐主卷揚變頻控制系統(tǒng)設計

0主提升式傳動轉速控制路橋系統(tǒng)是研磨工藝的重要設備。主要用于將所需的各種原材料不斷送到車間，以確保車間的正常鐵量需求。整個路橋系統(tǒng)的核心是主缸式加熱設備。早期的傳動調(diào)速控制多采用直流電機調(diào)速或繞線異步電機串電阻、串級等調(diào)速控制方式,效率低,可靠性差,用交流變頻替代上述調(diào)速方式,可獲得理想效果。本文結合河南安陽永興鋼鐵有限公司新建的兩座450m3高爐,介紹高爐主卷揚上料設備及變頻系統(tǒng)的配置、變頻控制系統(tǒng)的控制功能,對主卷揚變頻控制系統(tǒng)設計及系統(tǒng)運行過程中遇到的相關問題進行了分析討論。1系統(tǒng)配置1.1推動器、實驗裝置1#,2#高爐設計爐容均為450m3,采用雙料車交替上料,配套上料系統(tǒng)設備情況為:主卷揚電動機YTSP400L-10交流異步變頻專用電動機,三相380V220kW,10極,Ie=475A,ne=590r/min,50Hz,防護等級IP54,工作制S1。抱閘制動器ED231/6電力液壓推動器(2臺),三相220/380V,△/Y接法,功率380W,額定推力300N,行程60mm。主卷揚減速機IRC750三齒環(huán)減速器,減速比i=1∶25.7,許用扭矩17300N·m。上料小車共2臺,單臺容積5.5m3,罐體重量9.76t。斜橋軌道總長64.3m,其中料坑段軌道長10.2m,傾角60°,料坑以上軌道長54.1m,傾角為54°36′57″。1.2主卷揚交流變奏系統(tǒng)每座高爐主卷揚成套變頻系統(tǒng)共有4臺控制柜,GGD柜型:2臺主卷揚變頻柜,1臺主卷揚變頻切換柜,另有爐頂溜槽傾動、旋轉變頻柜1臺。主卷揚電機配套2臺變頻柜,一用一備,通過切換柜切換。變頻器均采用日本三菱公司產(chǎn)品,型號為FR-A540L-280K;功率280kW;額定電流547A;過載能力150%,60s。每臺變頻器配置三菱UFS-110制動單元3臺,每臺制動單元配套RX21-2000W/27.2被漆波紋制動電阻4只,并聯(lián)連接,每臺變頻器共配制動電阻12只,整套變頻系統(tǒng)共配制動電阻24只,因散熱問題及變頻柜尺寸限制,制動電阻均安裝在切換柜內(nèi)。爐頂溜槽旋轉電機配套日本三菱公司FR-A540-11K變頻器1臺,并配制動單元UFS-151只和制動電阻RX21-1200W/401只。爐頂溜槽傾動電機配套日本三菱公司FR-A540-3.7K變頻器1臺,內(nèi)置制動單元,并配制動電阻RX21-1200W/401只。成套變頻柜預留相應外接PLC和主令控制接線端子排,聯(lián)絡柜設有主卷揚抱閘控制回路。主卷揚變頻系統(tǒng)主控原理如圖1所示。2臺變頻器一用一備(互為備用),通過選擇開關切換。2合理的三級速度控制主卷揚變頻控制系統(tǒng)具有自動、手動和點動三種操作方式。自動操作方式主要通過總控PLC自動控制上料。手動操作方式主要用于設備調(diào)試、自動系統(tǒng)故障、變頻器故障時使用。點動操作方式專為檢修、極限調(diào)試和緊鋼繩時使用。為提高系統(tǒng)可靠性,主卷揚變頻柜設有兩臺,一用一備,通過主卷揚切換柜實現(xiàn)切換。主卷揚料車設高、中、低三級速度控制。由變頻器多段轉速設定,滿足技術、生產(chǎn)工藝對上料時間的要求,低、中、高速分別設為15,30,50Hz。變頻器加速模式按雙S型設定,以保證料車出料坑時低速運行,出料坑后盡快平穩(wěn)達到高速,到達爐頂前快速平穩(wěn)減至低速,確保準確停車,提高料車運行的安全性。為防止打開抱閘器瞬間料車溜車,機械抱閘器打開時變頻器輸出了足夠的提升轉距,由變頻器輸出頻率檢測信號控制抱閘器打開,設定檢測頻率為2.6Hz。為提高變頻器低頻時的輸出轉矩,設定轉矩提升為3.1%。用主令控制器實現(xiàn)主卷揚料車加減速及行程極限控制,主卷揚左右料車行程極限均分為上極限、下極限、超速極限、減速極限等。系統(tǒng)還設有過流、過載、松繩、超極等多種保護功能,一旦系統(tǒng)保護,變頻停機,同時抱閘電機失電緊急抱閘。變頻器外配有制動單元、制動電阻結合機械抱閘,實現(xiàn)準確停車。控制系統(tǒng)還設有料車超速和溜車保護,當料車速度超過設定速度時自動抱閘停車,料車上行或停車時出現(xiàn)溜車,系統(tǒng)自動控制變頻器停機,同時制動器抱閘停車并報警提示。3料車輸送及運行工藝高爐主卷揚是高爐上料系統(tǒng)的心臟,冶煉原料通過主卷揚料車輸送至爐缸內(nèi),它的穩(wěn)定運行直接關系到高爐的正常生產(chǎn)。現(xiàn)就其變頻控制系統(tǒng)設計、運行過程中相關問題進行分析。3.1提高制造企業(yè)的運行能力,保證高爐上料卷揚系統(tǒng)的特點是主卷電動機工作頻繁,負荷重,啟動轉矩要求高,要有足夠的提升、運載能力,上料量及上料速度要滿足高爐強化生產(chǎn)的要求,所以變頻選型時首先要注重可靠性。變頻器設計轉矩計算比較復雜,實際選用時多以經(jīng)驗選型,變頻器容量應比卷揚電機容量大1~2擋。3.2安全隱患變頻器故障時不應當自動復位,因為故障原因可能依然存在,如自動復位繼續(xù)運行,會存在安全隱患。這時應將控制模式切換至手動模式,再進行變頻復位,必要時先檢查故障原因。本系統(tǒng)早期運行采用自動復位,由于料車起動時變頻器頻繁“故障→復位→運行”,使機械抱閘器頻繁打開、關閉,造成重料車劇烈抖動“溜車”、空料車掛車等事故。3.3制動單元的選擇問題在雙料車卷揚上料系統(tǒng)上料運行時,變頻器均工作在第1象限,在料車定位停車時,除采用機械抱閘制動外,還要求變頻器實現(xiàn)能耗制動,防止變頻器制動停車時直流母線泵升電壓過高報警甚至損壞變頻器。經(jīng)驗表明,雖然通常情況下制動能量不大,但還要按照重載頻繁運行工況選配制動單元和制動電阻,因為在實際操作中或設備調(diào)試時很有可能會出現(xiàn)操作失誤,出現(xiàn)重料車或單料車向下運行的情況,一般的速度反饋監(jiān)測及預防飛車措施不能防止此類情況發(fā)生,此時變頻器工作在第2象限,很大的回饋能量須由制動電阻消耗掉。在1#高爐卷揚設備調(diào)試時曾出現(xiàn)單料車高速向下運行的情況,所幸變頻在受控狀態(tài)下運行,未出現(xiàn)失控飛車的事故。3.4實行fr-a540變壓器沖擊電流圖2為2#高爐主卷揚變頻器運行時頻率和輸出電流變化曲線(該電流曲線是根據(jù)變頻器面板觀察到的電流值繪制的),谷峰電流出現(xiàn)在一段加速即將結束時(約5.5s),均不超過變頻器額定電流。曲線上的峰值電流并不是變頻器輸出的最大電流,變頻器最大電流值出現(xiàn)在料車起動瞬間,該電流就是變頻系統(tǒng)起動沖擊電流。三菱FR-A540變頻器具有顯示最大電流功能(參數(shù)Pr.56=11),通過統(tǒng)計計算,系統(tǒng)運行時變頻器輸出的最大電流即沖擊電流約為額定電流的165%~175%,與上料重量關系不大。變頻處于運行電流監(jiān)視模式時,觀察不到該最大電流。3.5抱閘源點控制河南信陽鋼鐵公司煉鐵廠380m3高爐主卷揚變頻柜采用繼電控制回路,變頻柜內(nèi)部及變頻柜與總控PLC系統(tǒng)存在較多的信號轉換及聯(lián)鎖,實際運行時曾因控制抱閘接觸器的中間繼電器輔助觸點被卡而造成料車“飛車”的嚴重事故。因此永興新建的高爐上料變頻柜控制系統(tǒng)本身采用了一套西門子LOGO完成基本的聯(lián)鎖及控制,減少了原繼電控制回路的繼電器等分離元件及總控PLC與變頻柜之間的連線,使上料變頻柜自成一個小系統(tǒng),提高了整個系統(tǒng)的可靠性,同時也便于設備單獨調(diào)試運行。4防止東南角熔噴料車停車抱閘事故料車飛車失控是高爐卷揚上料系統(tǒng)最嚴重的故障之一,造成料車飛車的原因是控制系統(tǒng)失控和機械設備故障。早期的主卷揚設備制動抱閘電源一般直接取自主卷電機定子繞組,電機得電,產(chǎn)生力矩后抱閘器得電打開,若電機失電則抱閘隨之失電制動。但在使用變頻器時抱閘電機電源必須取自變頻器輸入電源端(電源母線),這樣就可能存在料車上料過程中或在軌道中途再起動時系統(tǒng)出現(xiàn)故障須停機,但由于種種原因抱閘控制電路不能失電抱閘(上述“飛車”事故就是由于中間繼電器輔助觸點被卡而造成的),料車將在重力作用下失控飛車下滑。文獻提出了電壓檢測法防止飛車情況,即在電動機的軸端加裝一個測速發(fā)電機,與主卷揚電動機同步旋轉,當裝滿料的料車失控下滑時,由于速度較正常運行快得多,測速發(fā)電機這時產(chǎn)生的電壓會突然升高,PLC會檢測到該異常高電壓信號時便發(fā)出指令停止變頻器運行,液壓制動器剎車,防止料車繼續(xù)下滑。文獻是采用速度閉環(huán)控制方式,速度反饋采用旋轉編碼器,脈沖信號送給變頻器,通過總線與PLC聯(lián)網(wǎng),一旦出現(xiàn)飛車失控的現(xiàn)象,測速裝置就會向系統(tǒng)發(fā)出真實的速度信號,PLC馬上發(fā)出停車抱閘的指令。以上兩種方法均是使用連接到主卷揚電機的測速電機或旋轉編碼器作為反饋信號,接線及測試相對復雜。本系統(tǒng)采用了回饋電流檢測的方法預防飛車事故,具體電路如圖3所示,電流變送器PTA檢測變頻制動回路中的回饋電流,并將此信號轉換成0~10VDC信號送可編程控制器LOGO。在正常上料狀態(tài)下變頻器工作在電動狀態(tài),無回饋電流,只有在定位停機時才有制動回饋電流,該回饋電流較小且時間短,當電流變送器PTA檢測到異常信號時LOGO便輸出信號使變頻停機,機械抱閘停車并報警。5控制板運行情況河南安陽永興鋼鐵有限公司新建2座450m3高爐主卷揚上料