摘 要：本文介紹了山東某鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和控制要求。通過風(fēng)光JD-BP32系列變頻器的系統(tǒng)配置和現(xiàn)場調(diào)試,，滿足了轉(zhuǎn)爐設(shè)備的控制要求,。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)多年平穩(wěn)運(yùn)行，印證了調(diào)試JD-BP32系列變頻器的方案是可行的,。
關(guān)鍵詞：風(fēng)光JD-BP32變頻器 轉(zhuǎn)爐 應(yīng)用
1轉(zhuǎn)爐傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)
轉(zhuǎn)爐設(shè)備是煉鋼廠的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備,，其爐體外形如圖1示。轉(zhuǎn)爐像一個(gè)“掛著的水桶”,。轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)主要電力傳動(dòng)設(shè)備包括爐體傾動(dòng)的電力傳動(dòng)設(shè)備及氧槍傳動(dòng)的電力控制設(shè)備,。下面介紹爐體傾動(dòng)的電力傳動(dòng)設(shè)備。
在大中型轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中,，爐體傾動(dòng)部分一般采用四臺傾動(dòng)電機(jī),，通過減速機(jī)剛性連接，并采用全懸掛固定方式和扭力矩吸收方式,。
煉鋼廠轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中,，需對轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置進(jìn)行頻繁的起動(dòng)、制動(dòng)及加減速操作,，所以對傾動(dòng)裝置的控制精度及系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間有很高的要求,。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)負(fù)載特性及電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分析如下：
根據(jù)轉(zhuǎn)爐控制工藝要求，轉(zhuǎn)爐的傾動(dòng)角度為正反360°,，當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐口與爐底方向軸線與地平面垂直時(shí)為垂直狀態(tài),，故轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)負(fù)載力矩為角度的函數(shù)，即Tfz＝f（θ）,，屬于反阻性的位能負(fù)載,。另外，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)說明,，轉(zhuǎn)爐按正力矩設(shè)計(jì),，即轉(zhuǎn)爐的耳軸下部比上部高,，下部比上部重，從而保證轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。在轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)裝置的實(shí)際操作中,，進(jìn)行倒渣或出鋼時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)力矩,。當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐體處于正力矩狀態(tài)時(shí),，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)爐爐體處于負(fù)力矩狀態(tài)時(shí),，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于回饋制動(dòng)狀態(tài),，傾動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性如圖2所示：
2轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求
（1）四臺電動(dòng)機(jī)同步啟動(dòng),、制動(dòng)及同步運(yùn)行，根據(jù)要求轉(zhuǎn)爐可以在0.2～1.0r/min之間進(jìn)行傾動(dòng)速度調(diào)節(jié),，轉(zhuǎn)爐可以做±360°旋轉(zhuǎn),。
（2）當(dāng)轉(zhuǎn)爐正在出鋼、出渣時(shí),，交流電源系統(tǒng)發(fā)生停電故障,，此時(shí)利用UPS電源將4臺制動(dòng)器打開,轉(zhuǎn)爐依靠自重復(fù)位, 轉(zhuǎn)爐處于安全位置。
（3）當(dāng)轉(zhuǎn)爐出現(xiàn)塌爐等事故時(shí),，傾動(dòng)機(jī)械的機(jī)電設(shè)備能短時(shí)過載,轉(zhuǎn)爐以0.2r/min速度旋轉(zhuǎn),，傾動(dòng)轉(zhuǎn)爐倒出爐內(nèi)裝盛物，然后進(jìn)行事故處理,。
（4）轉(zhuǎn)爐為全正力矩設(shè)計(jì),，即在整個(gè)工作傾動(dòng)角度內(nèi)由0°～士180°方向傾動(dòng)均為正力矩。
（5）為防止電動(dòng)機(jī)突然啟動(dòng)對設(shè)備的沖擊,轉(zhuǎn)爐開始傾動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)從零開始逐漸加速,，從零到正常速度的加速時(shí)間是2s,。
（6）由于制動(dòng)器制動(dòng)力矩較大，為了防止制動(dòng)時(shí)對設(shè)備的沖擊,轉(zhuǎn)爐制動(dòng)時(shí)應(yīng)先通過能耗制動(dòng)將電動(dòng)機(jī)減速,，當(dāng)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)速度接近零時(shí),，制動(dòng)器失電制動(dòng),制動(dòng)時(shí)間為2S。
（7）轉(zhuǎn)爐冶煉工藝過程轉(zhuǎn)動(dòng)角度及速度控制范圍要求見表1,。
3 山東某鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐主要控制難點(diǎn)
3.1主要控制難點(diǎn)
轉(zhuǎn)爐控制主要完成爐前的爐門動(dòng)作和爐體的傾動(dòng)操作,，爐后傾爐和出鋼鋼包車、出渣渣車操作,，煙罩的升降操作和冷卻水流量,、壓力聯(lián)鎖控制，氧槍的升降操作和氧槍定位及冷卻水流量壓力聯(lián)鎖控制,，氧槍橫移換槍操作,，上料稱重和進(jìn)料操作,，并完成轉(zhuǎn)爐水冷煙罩、水冷爐壁,、水冷氧槍等水冷系統(tǒng)多個(gè)測溫點(diǎn)溫度變化的實(shí)施數(shù)據(jù)采集以及冷卻水系統(tǒng)壓力,、流量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)視和超限及事故報(bào)警。通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC和操作站之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送,，由人機(jī)界面完成生產(chǎn)過程監(jiān)控,。 圖3為轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場圖。
圖3 轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場圖
其中,，四臺轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)電機(jī)的控制是該項(xiàng)目中技術(shù)難度最大的課題,，要求必須做到快速響應(yīng)，控制精度,、安全可靠性能要求比較高,。設(shè)計(jì)采用的傳動(dòng)控制裝置是風(fēng)光 JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品，型號為 JD-BP32-315T（315kW/380V）,，較好地解決了以上難題,。
3.2轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)變頻控制方式選擇
根據(jù)近幾年轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)單位針對“一拖四”控制方式（即一臺變頻器拖動(dòng)四臺電動(dòng)機(jī)）和“四拖四”主從控制方式進(jìn)行了認(rèn)真的比較,，認(rèn)為“一拖四”的控制方式,，系統(tǒng)簡單，易編程調(diào)試和維護(hù),，從安全,、合理的角度考慮，每座轉(zhuǎn)爐另外設(shè)一套變頻器裝置作為備用,，以化解轉(zhuǎn)爐正常生產(chǎn)時(shí),，因變頻器故障而帶來的停產(chǎn)。最終設(shè)計(jì)單位確定了四臺電動(dòng)機(jī)采用“一拖四”控制方式,。轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)主回路如圖4所示,。
圖4 轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)主回路圖
3.3轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)變頻控制特點(diǎn)
（1）再生能量的處理：對于轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)這種負(fù)載，變頻器選用的最重要原則之一是：所選變頻器必須具有在滿載或過載時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩恒定的高性能變頻器,，以保證轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的安全性,。另外要具有再生發(fā)電制動(dòng)功能。為了保證轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的連續(xù)性,，采用傳統(tǒng)的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻,，而不采用回饋單元，處理電機(jī)的再生發(fā)電,。
（2）開抱閘的控制：轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)在控制過程中,，應(yīng)防止出現(xiàn)“溜車”故障。利用PLC控制程序，使抱閘在系統(tǒng)起動(dòng)后電機(jī)轉(zhuǎn)矩建立到足夠大時(shí)松開,，大大提高了系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性,。
3.4轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)控制系統(tǒng)操作
（1）三地操作：根據(jù)煉鋼工藝的要求，轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)需三地控制,，分別是主控室主操作臺控制,、轉(zhuǎn)爐爐前操作臺控制、轉(zhuǎn)爐爐后操作臺控制,。主控室主操作臺控制：在主控室通過主操作臺上的按鈕及搖爐主令控制器可對轉(zhuǎn)爐進(jìn)行搖爐,、加料、出料及其它所有的操作均能在主控室主操作臺上進(jìn)行,。轉(zhuǎn)爐爐前,、爐后操作臺控制：主要是在出料出渣及轉(zhuǎn)爐維護(hù)時(shí)現(xiàn)場工人使用，由于在主控室只能看到轉(zhuǎn)爐的一個(gè)正面,，在出料出渣時(shí)無法看到出料的多少,，這樣只能借助于現(xiàn)場爐前爐后操作臺工人的現(xiàn)場操作。
（2）開停機(jī)及速度給定——傾動(dòng)搖爐主令控制器
開停機(jī)及速度給定控制由傾動(dòng)搖爐主令控制器給出,，現(xiàn)主令控制器選用TE公司生產(chǎn)的XDA-V11122型。XDA-V11122型主令控制器與PLC之間進(jìn)行電壓模擬量輸入,，電壓范圍為-10V～+10V,。當(dāng)輸入電壓-10V～0V時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn),；當(dāng)輸入電壓0V～+10V時(shí),，電機(jī)正轉(zhuǎn)。在PLC程序中,，將-10V～＋l0V的范圍對應(yīng)劃分為-27648～＋27648數(shù)字范圍,。當(dāng)輸入在-27648～-300時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn),；在300～27648時(shí),，電機(jī)正轉(zhuǎn)；在-300～＋300時(shí),，電機(jī)不動(dòng),，防止控制器漂移而發(fā)生誤動(dòng)。
4山東某鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐工藝參數(shù)
該鋼鐵集團(tuán)50T轉(zhuǎn)爐工程為新建項(xiàng)目,，采用了當(dāng)時(shí)國內(nèi)外先進(jìn)的控制工藝,、控制技術(shù)，項(xiàng)目于2003年7月一次性投運(yùn)成功,。該轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)部分的主要工藝參數(shù)如下：
轉(zhuǎn)爐公稱容量：50T
額定傾動(dòng)力矩：1000kN.m
最大事故力矩：2300 kN.m
傾動(dòng)速度：0.2～1.0rpm
總傳動(dòng)比：563.08
傾動(dòng)電機(jī)：YGP315M-8,，45kW，電機(jī)為輥道用變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，定子Y接,， H級絕緣,，工作制S5（40%），cosΦ=0.76,，額定電流85.9A,額定轉(zhuǎn)矩659.1N.m,。
5 JD-BP32系列變頻器產(chǎn)品特點(diǎn)
JD-BP32系列變頻器是山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司采用全新理念自主開發(fā)的一系列高性能，簡易型,、低噪音變頻器,。在提高穩(wěn)定性的前提下增加了簡易PLC、實(shí)用的PI調(diào)節(jié),，靈活的輸入輸出端子,、參數(shù)在線修改、自識別信號傳輸故障,、停電和停機(jī)參數(shù)存儲(chǔ),、定長控制、擺頻控制,、RS485控制,、現(xiàn)場總線控制等一系列實(shí)用先進(jìn)的運(yùn)行、控制功能,。為設(shè)備制造和終端客戶提供了集成度高的一體化解決方案,，對降低系統(tǒng)采購和運(yùn)營成本，提高系統(tǒng)可靠性具有極大的幫助,。