直流调速器在高炉探尺上的应用

姜涛

(韶钢集团公司炼铁部炼铁分厂点检站，广东韶关512123)

1 引言

高炉探尺系统是高炉的重要设备，操作人员通过这项设备精细地了解炉况，掌握炉料在炉内的生产情况，是判断如何上料的重要依据。准确地掌握料线是高炉正常工作的基本保证，所以探尺的稳定运行直接关系到高炉的正常生产。原高炉探尺的控制系统是采用可调电阻、晶闸管等组成的直流调速系统，其缺点是调整相对比较麻烦和繁琐，而且调整结果的精准度不够，系统稳定性较差，不能很好的跟随料面，影响炉内布料。针对老系统的这些缺点，采用了新型高性能调速装备SIMOREG DC Master 6RA70驱动系列。

2 高炉探尺的工艺

高炉探尺是用来探测高炉内料线的深度，为值班室操作人员提供炉内料线动态高低度的实时情况，以便控制铁矿石、焦炭等原料向炉内下放的批次、数量等，当探尺重锤开始自动提升到顶部的设定零位，各种矿及焦炭等原料按工艺要求设定向炉内下放，一批料排放完毕，探尺又自动由设定零位开始按设定速度下放，下放到炉内实际料面时，重锤由料面支撑，速度减速接近为零，随后随料面下放，直到检测到需要下料时开始自动提升，如此循环，使操作人员能比较直观清楚地了解到炉内料线情况。

探尺的良好的料面跟随性是判断探尺系统是否好用的一个重要因素，如发生倒锤、悬锤或者穿料都无法反映料面的真实情况，这是实际生产中绝对不能出现的现象。

2.1 探尺硬件、软件配置及系统构成

直流调速器是一种模块式直流电机调速器，集电源、控制、驱动电路于一体，采用立体结构布局，控制电路采用微功耗元件，用光电耦合器实现电流、电压的隔离变换，电路的比例常数、积分常数和微分常数用PID适配器调整。该调速器体积小、重量轻，可单独使用也可直接安装在直流电机上构成一体化直流调速电机，可具有调速器所应有的一切功能。

直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机励磁(定子)控制直流电动机转速，一路输入给直流电机电枢(转子)，直流调速器通过控制电枢电流调节直流电动机转矩。必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。直流电机的调速方案一般有3种方式:改变电枢电压、改变励磁绕组电压、改变电枢回路电流。

SIMOREG 6RA70系列直流调速装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，在一炉中选择的是6RA7025的直流调速装备。反馈元件采用绝对值编码器，安装在电机同轴，用于检测重锤位置(图1)。

软件设计方面采用西门子STEP 7编程软件和WINCC人机界面，直流调速装置直接做为控制器DP从站，上位PLC可实时监控探尺重锤运行情况，料面位置，以及探尺电流，速度等。便于操作人员观察判断和操作(图1)。

图1 探尺控制框图

2.2 控制方式

准确探明料位是保证高炉正常上料的重要前提，工作控制方式为:电机运行时带动重锤提升或者下放，由电机拖动滚筒，从而带动钢丝绳经滑轮、锁链等将重锤放入炉体内。

探尺的工作流程:当满足探尺工作条件时，选择自动或者手动，开始放尺，直到达料面，跟随料面，当需提尺信号来时开始提尺，此时可人工判断是否提尺，转换手动模式操作放尺或者提尺，提尺到零位停止，等待下一次放尺信号。探尺系统一共有3种工作状态:放尺、跟随料面和提尺。

放尺状态:抱闸接触器得电，抱闸打开，在炉内重锤的牵引下，电机反转，电机转子由于惯性处于发电机运行状态，励磁恒定，电流加大，反向力矩加大，使之减速为能耗制动，将转动部分的动能转换成电能消耗在电阻上。下降加速，反向电流加大，反向力矩加大，使之减速。

跟随料面状态时，重锤被料面托住，停在料面上，电流逐渐稳定，电动机Md=Mg－Mz，Mz为料面对重锤的支撑力矩，直流调速器处于整流工作状态，当料面继续下降，Mz减小至0时，在Mg作用下，电动机反转，直流调速器进入逆变工作状态此时进入提尺状态。

探尺处于提尺状态时，电机正转，当重锤 以V匀速上升时，电动机转矩Md=Mg+Mf，电机力矩和电动机转向相同，为驱动力矩，直流调速器处于整流工作状态。到达设定零位，抱闸接触器失电，抱闸抱紧。

Md为电动机力矩，Mg为重锤力矩，Mf为系统摩擦损耗力矩，V为提尺速度。最初设定时，调整电阻确定合适的探尺速度，提尺放尺指令由上位机PLC通过DP传输。

2.3 特点分析

(1)与原交流能耗制动相比，西门子6RA70直流调速装置采用全程可视性数字调节，对速度和转矩进行调节和控制，配置相应的直流电动机，整流变压器等。生产时，探尺提尺、放尺等开关量信号由上位机通过PLC给定，同时数控通过自身的输出端子可以输出状态信号:如在提尺、在放尺、故障等开关量信号及电枢的电流、电压等模拟量信号，探尺下放提升速度，高低度位置，所有这些信号都通过系统PLC在值班室电脑画面上显示，直观易懂，方便操作人员实时监控，以及出现故障易于及时判断和处理。

(2)同时从安装硬件上来说其结构紧凑，体积小。装置内装有调节插槽板，各个单元易于拆装，使检查，维护变得简单易行。外部信号连接的开关量输入/输出，模拟量输入/输出，脉冲发生器等，通过插槽端子排实现，装置软件存放去(Flash)－EPPOM内，通过串行接口写入可以方便的更换，无需调速电阻，并具有自诊断功能。

(3)在实际运行中抗干扰能力强，调速平稳，精度高，软硬件结合控制，大大提高系统运行的稳定性和可靠性。装置接口卡实现PLC控制，组成自动化程度很高的控制系统，而且在运行中省电、节能、环保，从而有更广泛更灵活的应用前景。

(4)有效防止“崩料”现象出现，由于励磁恒定，在发生“崩料”时，下降加速，电流加大，产生向上的力矩加大，此时使之迅速减速。直到接触到料面，电流逐渐稳定，速度随之稳定，正常跟随料面。

3 结语

改造后的直流调速装置控制系统运行正常，工作可靠、定位准确、故障率低，提高了高炉料线探测的精准度，对高炉稳产、高产有着重要作用，同时，高炉采用这种装置后能够降低生产过程中的劳动强度与劳作成本，并取得了较好的经济效益。