ATV680变频器控制转炉倾动

ATV680变频器控制转炉倾动

马寅

新疆八一钢铁股份有限公司炼钢厂 新疆乌鲁木齐 830022

摘要：本文主要针对转炉倾动系统的工艺特点介绍了转炉倾动设施运行过程以及ATV680变频器的运行特性，在转炉倾动系统中采用ATV680变频器，实现倾动动作的顺利进行。该变频器在实际运行过程中实现了动态负荷平衡技术，以解决制动器对传动系统冲击过大的问题，从而使得转炉倾动运行平稳，跟随性良好。

关键词：转炉；倾动；变频器

1 工艺过程

八钢第二炼钢厂的转炉容量为120吨，采用全悬挂式的四点啮合的结构和扭力杆力矩吸收方式。它由以下几部分组成：一次减速机、二次减速机、扭力平衡杆装置、润滑装置和驱动电机等。四台一次减速机由四台交流变频电机拖动，通过扭力平衡杆装置，实现四台电机同步控制，带动转炉旋转。转炉的倾动角度为正负360度，工艺要求在操作过程中能连续回转360度，而且可以准确的停止在任意的位置上，还必须满足工艺要求的调速要求。转炉在冶炼期内，主要的倾动过程：1、炉体成+55度左右角度兑铁水。2、转炉直立进入冶炼状态。3、炉体成+45度左右角度加入废钢。4、炉体成0度左右角度取样测温。5、炉体成-101度左右角度出钢。这些对角度的要求的操作需要十分的精准，而且每个阶段对操作的时间是有规定及要求的，而且危险性巨大、安全性要求极高的操作。但是转炉倾动系统属于低速重载设备，如此高的定位要求，会造成倾动的转矩增大，在操作过程中就要求4台电机的同步性和跟随的可靠性。同时也容易出现设备及人员安全事故。

2 控制系统组成

本厂的倾动控制系统配置如下：

自动控制系统采用西门子 S7-400PLC一套，控制器采用 S7416-2 DP。

控制信号通过 ET200 M系列模块实现。变频器通过现场总线来和系统进行通信。

ATV680系列高速调速电机控制变频器4台

选择其中一台变频器作为主变频器，作速度控制，其余三台作为从变频器，跟随主变频器的转矩控制。

其典型控制系统图如下：

图1：控制系统方案

3 ATV680变频器特点

ATV680变频器适用于各种高性能领域，特别是需要高速调速电机控制性能，为 “高过转矩重载应用产品” ，该产品超宽的电压范围: 380-15%～480+10%； 最大允许电网跌落： 50%； 超宽的工作环境温度范围： 不降容允许温度为50℃，降容可达60℃ ； 内置制动单元达160kW ；可使用CI卡或ATV-IMC卡（可编程控制器），实现各种复杂要求的功能。 标配起重应用宏: 完美的抱闸逻辑控制 、全系列内置EMC滤波器 。标配直流电抗器（380V产品），抑制谐波齐全的通讯协议: 标配Modbus和CANopen，支持所有主流工业总线 。

ATV680变频器可以通过自动化控制系统设置跟踪影响变频器冷却风扇和输出继电器，以及电机和系统轴承寿命的信息，并提供变频器冷却风扇和继电器寿命的估计数据、提供电机电流和系统轴承寿命的估计数据、提供事先警示信号设备寿命评估以降低设备故障停机、实时数据监测等等。

4 控制方式

根据转炉倾动电机的特点，转炉的倾动由4台电机完成，为了系统更可靠更稳定的工作，4台电机要考虑动态负荷平衡，还要考虑变频器的过载系数和满载起动，为了避免由于电机运行不同步而产生的转炉“点头 、摇头“的现象。

 针对上述问题，我们制定了优化措施。首先，不再采用PLC读取模拟量数值，在程序中判断的方式，而根据ATV680变频器的BICO功能通过变频器自身进行判断；由于变频器功能参数很多，实际应用中，没有必要对每一 参数进行设置和调试，多数可采用缺省值，有些参数可以通过 做静态辨识和速度调节器优化后自动生成，在电机辨识过程 中，逆变器脉冲开放，电机旋转，为安全起见第一次电机辨识 不要带负载。而有些参数则要根据电机的负载特性和功能来设 定，主要设置的参数为电机铭牌参数，极限参数（包括速度和 电流），定标参数，链接参数和通讯口等。

开抱闸控制方式：在转炉倾动系统松开液压抱闸前，由 ATV680带动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩，并且不需要光码盘或测速电机的反馈。而矢量控制变频器只能在接近零速时实现满力矩输出。。在达到了所需要的转矩要求时，打开液压抱闸，保证倾动系统运行比较平稳的启动同时确保系统的安全性。

关抱闸控制方式：转炉倾动系统在动作过程中，突然关闭液压抱闸，会导致整个转炉倾动系统严重的抖动。因此在转炉倾动系统关闭是在转炉倾动系统速度接近零的时刻。如果关早了，转炉倾动电机遇到阻碍，转矩会增大，就会出现电流过大的情况。如果关晚了，转炉倾动在速度已经为零的情况下，没有了抱闸的作用，将会由于重力的作用出现回位动作，这是非常危险的，因此关闭液压抱闸的时候，由 ATV680带动的电机能够获得在零速时电机的额定转矩，并且不需要光码盘或测速电机的反馈。而矢量控制变频器只能在接近零速时实现满力矩输出。

磁通制动控制方式：ATV680能通过提高电机的磁场来提供足够快的减速 。ATV680持续监视电机的状态，在磁通制动时也不停止监视。磁通制动也能用于停止电机和从一个转速变换到另一个转速。而其他品牌的变频器所使用的直流制动是不可能实现此功能的 。

为满足符合负荷平衡的要求，采用变频器主从的控制方式。在4台变频器中，选择其中一台变频器作为主变频器，作速度控制，其余三台作为从变频器，跟随主变频器的转矩控制，从而确保各变频器的出力平衡。当主变频器出现故障时，自动切换另一台变频器为主变频器，组成新的主从工作组，按新的主从方式继续工作。

设计中采用 ATV680变频器，变频器能够实现精确的电动机转矩及速度控制，具有系统性控制电动机磁场和转矩的能力，在零速下仍能产生满转矩。下图便是该变频器在工作过程中的四台倾动电机的电流曲线。

图2：4台倾动电机电流图

从上图可以看出，DTC控制变频器的启动转矩较大 ，转矩响应快，完全适合于转炉倾动系统的驱动。ATV680的主／从控制功能对于多电机同轴驱动负荷平衡找到了出路，使用方便。系统投运后，运行正常、平稳，应用效果 良好。

5 结束语

新疆八一钢铁3座120t转炉倾动系统变频器进行ATV680控制后对传动系统冲击的程度明显减小，倾动变频器系统的实时性、稳定性、快速响应满足工艺要求，根据系统运行效果来看，系统一直稳定可靠运行，负荷平衡效果较好，减轻了转炉炉体的磨损，延长了转炉炉体的使用寿命，消除安全隐患的同时，降低了生产成本，取得了良好的效果。

参考文献

[1] 120 t转炉倾动失控事故典型案例分析及措施 张西周《企业技术开发》 2011 年8 月

[2] 顶底复吹转炉倾动失控事故分析和改进措施 周佐良、林海燕 设备管理与维修 2009年2月

[3] 刘竞成主编. 交流调速系统[M]. 上海：上海交通大学出版社，1989.