ABB变频器现场总线控制方式在转炉倾动系统的应用

王西庆

摘要主要介绍ABB变频器在转炉倾动系统上的应用，着重分析现场总线控制方式的组成和控制方法，现场总线控制方式在第二炼钢厂转炉倾动的控制系统中起到了良好的效果。

关键词ABB变频器；现场总线；控制方式

中图分类号：TM921 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0116-01

日照钢铁有4座120T转炉，5#6#转炉倾动控制采用主从式控制方式，7#8#转炉倾动控制采用现场总线控制方式，在现场的应用中都满足了倾动使用的要求。四台一次减速机若不同步传动势必造成一、二次减速机齿轮打齿，造成设备损坏和停炉检修，所以转炉倾动电机的同步运行是倾动控制中的重要课题，现场总线式控制方式在控制调速和维护上体现出很大的优势。

1系统组成

日钢120T转炉炉壳为全焊接式固定炉底结构，转炉托圈为焊接箱型结构，其内通循环水冷却。倾动装置采用全悬挂扭力杆平衡形式。由以下几部分组成：驱动电机、一次减速机、二次减速机、扭力杆平衡装置和润滑装置等。转炉倾动系统采用全正力矩方式，即转炉倾动到任一角度时都保证是正力矩，确保转炉在360度回转过程中都是正力矩，事故断电时转炉能够以自身重力自动返回垂直位置，从而避免翻炉泼钢事故的发生。现场使用4台132 kW变频电机通过4台一次减速机同步转动带动一台二次减速机实现倾动，采用4台ABB公司生产的ACS800-04-0400-3变频器驱动。转炉倾动速度为0.1～1.0～1.3r/min。

2硬件设计

120T转炉倾动装置驱动电机，国内外以往一直采用直流电动机，随着交流变频控制技术的发展，交流传动系统得到了广泛应用，并逐步取代直流传动控制系统。4台YTSZ355M1-10 132 kW变频电机由4台有较强过载能力的ACS800变频器驱动，主回路采用一对一的结构，以便提高系统的可靠性和灵活性。变频器通过Profibus-DP总线链接在S7-400PLC上。其中RMIO板是ABB变频器的主控制板，RPBA-01适配器是ABB变频器的现场总线适配器模块，它可以将变频器连接到一个PROFIBUS网络。将RPBA-01板安装在需要现场总线控制的变频器主板上。PLC硬件组态中要组态ABB变频器，此操作需要从网上下载GSD文件，根据硬件组态的地址，调节RPBA-01适配器模块的地址选择开关选择节点的地址号。选择10-13为ABB变频器的地址，在PROFIBUS网络上，变频器为从属设备。

在接线电路上，采用常用变频器接线，有出线电抗器来平衡出线电缆的分布容性负载，增大出线主回路的短路阻抗，抑制变频器输出的谐波，起到减少变频器噪声的效果，配有1.4欧姆制动电阻吸收剩余能耗。

3软件设计

根据转炉工作特点，4台电动机必须同步启动、制动及同步运行，如何实现这一要求，是该系统的关键。现场总线控制方式通过控制字和状态字来实现PLC和变频器的通讯，控制字（CW）是现场总线系统控制传动单元的基本手段。当前控制地10.01设置为COMM.CW时，控制字才有效。控制字由现场总线控制器发送给传动单元。传动单元根据控制字的位状态指示作出相应动作。状态字（SW）是一个包含了变频器运行状态信息的字，它由传动单元发送给现场总线控制器。通过设定参数组来控制变频器的运行方式，4台变频器的参数设定一样。下面简要介绍一下参数的设定。

优化参数组：

99组：主要是用来设定电机的参数：额定电压、额定电流、额定转速、额定功率、频率等，方便变频器辨识电机，计算电机模型。我厂选用的是直接转矩控制方式（DTC）。

20组：设定电机的传动运行极限值，倾动电机额定转速为585rpm，因此最大转速设定为600rpm，最小为-600rpm。

21组：设定电机的启动与停止方式，电机启动与抱闸打开应同时进行，所以选定预励磁，电机停止不能突然停止，否则会对电网及变频器带来很大的危害，所以选用斜坡减速停车方式。

22组：设定变频器加速时间和减速时间。在这里我们都设定为1S。

27组：主要设定变频器的制动电阻阻值，和制动单元的工作方式。有效的保证设备的稳定运行。

功能设置组：

10组：设定现场总线控制字，主要由PLC通讯给定，电机的转向人为控制。

11组：设定变频器转速的最小和最大值，电机的额定转速为585rpm，所以设为0和585，转速由PLC给定，通过通讯接口EXT1给变频器数值REF。

14组：用来给定抱闸运行的同步信号，也就是说变频器运行时刻，继电器给出信号使抱闸打开，保证了同步性，同时抱闸的运行状态反馈到HMI画面。

15组：此功能用来监控变频器的输出情况，设定输出0-20MA电流信号来显示速度和电流。

16组：设定变频器由PLC通过总线来控制允许运行和故障复位。

42组：定义变频器控制抱闸的功能，设定打开、闭合抱闸的延迟时间为0.1S和0.2S，当电机速度低于50 rpm时，打开和闭合抱闸。

网络设置组：

51、92、98组设定RPBA-01适配器的参数和制定通讯协议。

转炉倾动有三个连锁，分别为氧枪高度、稀油站运行和活动烟罩，即氧枪须在待吹点以上，炉下稀油站运行和活动烟罩不在下限位倾动方可允许运行。

变频器的初始化、启动、停止、速度给定都是PLC通过控制字和数据块来控制变频器实现的，初始化、启动、停止控制字分别为为W#16#476，W#16#47F和W#16#477。

倾动电机的控制是一个典型的转矩PID控制，由PLC给定一个速度，通过各个变频器的力矩与基准力矩（基准力矩为4个变频器输出力矩的平均值）相比较，进行PID调节，得出电机转速的修正值，将与当前给定速度的代数和作为输出，来控制电机，从而达到4台电机的同步运行。

4使用效果

现场总线式控制方式是每一台变频器都单独控制与其他的变频器在硬件上并没有直接的关系，但是又同时与基准力矩相比较，最终在转矩上能够相互平衡，有机统一。在有一台变频器或者电机损坏的情况下，并不影响使用，在这个环节上与主从式控制方式相比有很大的优势。

5结束语

日钢120T转炉倾动现场总线式交流变频传动系统，自投入运行至今，系统稳定可靠，其控制功能完全满足了转炉倾动的工艺要求。在控制上有同步性能好、响应速度快等优点，在冶金行业广泛推广。

参考文献

[1]刘竹，周卫华.变频器在转炉倾动抱闸控制系统中的应用[J].冶金自动化，2010（05）.

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