转炉倾动控制系统中交流变频技术的应用

李涛

【摘要】交流变频技术在提高转炉倾动控制系统的精确性、安全性等方面极具优势，结合实例，从交流变频电机和交流变频调速系统两大部分对交流变频技术的应用进行了具体分析。

【关键词】转炉倾动控制系统；交流变频技术；变频电机；变频调速系统

引言

转炉是一种圆筒形、可倾动的吹氧炼钢容器，炉体多由钢板制成，内部衬有耐火材料，在钢铁冶金行业有着广泛应用。为取得较好的吹炼效果，转炉倾动系统必须具备极高的稳定性，能够适应负载变化。另外，对其启动力矩、运行速度等均有着严格要求。冶金厂和炼钢厂多采用两种技术，一是无环直流传动技术，二是交流变频调速技术。尤其是后者，近些年来取得了很大突破，控制水平大幅提升，将其用于转炉倾动控制系统，不仅能节约电能，而且在生产安全方面也发挥着重大作用。

1.工程实例

莱钢型钢炼钢厂拥有3座120t的转炉，倾动系统采用PLC控制系统，并使用先进的人机界面软件。通过分散控制、集中管理的模式，在不影响网络通信的基础上，减少了线缆数量，使得系统结构更为简单，对其安全性及稳定性颇为有利。4台交流变频电机采用的是西门子Master Drives 6ES70系列，功率均为350KW，可驱动转炉正负360°随意转动。

2.交流变频电机在转炉倾动系统中的应用

炉体耳轴下部的重量和高度均应符合要求，如此即便系统失控，或抱闸力矩不足，在炉体正力矩的作用下，也可维持炉口始终向上，以降低倒钢风险。在运行中需将炉体内钢水倒出时，由电机输出正力矩，提供动力驱动转炉；结束后将炉体匀速牵回，并将其势能回馈给系统。

此过程中，转炉倾动的角度和速度极为关键，这就要求加强控制的精确度，否则可能出现安全问题。另外，转炉倾动时负载较大，所以对传动系统要求较为严格，如电机和变频器的过载能力、低速启动等均应满足要求。

该系统共有4台交流变频电机，与电机之间的力矩平衡通过扭力杆装置来实现，可将倾动时的负载进行平均分配。在突发状况下，制动器可令电机立即减速，将其装置在变频系统内，可提高控制的精确度，减少安全事故发生。了解变频电机运转时的速度可为其改进提供必要条件，因此常在变流器内装置增量式编码器，可将位移转换为电信号，进一步将其转换为计数脉冲。PLC系统在识别后，可据此判断电机的运行状况，并予以一定的控制。

3.交流變频调速系统在转炉倾动系统中的应用

3.1 系统构成

在选择调速系统时，如若经济条件允许，尽量引进高新技术。系统由变频器、制动单元、交流异步电机、电抗器，以及其他辅助部件组成。尤其是变频器，作用最为重要。该厂选择的是采用DTC技术的ACS800系列变频器，其接口为PROFIBUS-DP接口，符合国际标准，技术含量高，可有效地促进与上一级自动化系统的连接。同时其动态性能优越，可顺利完成变频器的调试工作。而且，它还能够支持自定义编程，具有较强的个性化。在实际应用中，通过ACS800变频器的调节，转炉倾动系统可将输入电网的三相固定频率以及电压转换为变化频率和变化电压的三相交流输出。

3.2 控制技术

转炉自身质量较重，仅靠一台变频电机，因动力有限，难以驱动转炉使其稳定运行。该厂共有4台电机，需要协同作业同时工作。为实现转炉倾倒的多段速要求，需保证驱动电机的变频器具有独立性，而为驱动转炉倾动，它们又需要同步着力于转炉轴的大齿轮。不然极有可能会因输出转矩不同或出现自扭动，导致转轴小齿轮遭受破坏，从而致使转炉停止作业。实际中情况颇为复杂，除了电机性能存在很大差异，加工和安装的精度也难以控制，以至于电机同步很难实现。考虑到调速系统以主从控制技术为主，该厂采用一主三从的方式实现倾倒系统的控制。

3.3 变频调速控制的实现

承接上面一主三从的控制方式，以4台中的某一台变频器作为主机，则另外3台为从机。通过转矩和速度控制的方法对主机加以控制，具体的速度参数来自于PLC的AO输出，正反转命令则来自于PLC的DO输出。从机则直接接受主机的转矩设定命令，采用ADD模式控制转矩。具体运行时，因传动系统依赖于转矩控制方式才能正常作业，一旦主从机产生过大的速度误差，会自动发送至速度调节器，由调节器增加或者减少内部转矩，对速度加以调节。主从机之间过程数据应实现同步交换，并确保其精确度和完整性，为此，主机在向从机传送设定命令时，是通过设备间共用系统时钟节拍的主从光纤网来实现的。

3.4 转炉倾动系统变频器的软件控制

实际转炉操作位置包括炉前、炉前主操作室、炉后机旁操作室、兑铁水固定操作台等，如果倾动在其中一处进行，则另外几处不应再进行相同的操作。而且，在任何地方进行转炉倾动指令操作时，都要具备几项基本要求：

①变频器处于正常运行状态；

②抱闸电源在正常稳定的运行；

③所有的操作地点均没有报警发出；

④氧枪在等待位或等待位以上并不存在下降的现象。若氧枪冷却水流量差低于20T，或冷却水流速在180T/h以及眼罩在上部位置、稀油站正常的情况，在操作之前，务必要仔细观察周围环境，确保没有人员在危险范围内。然后才能实施具体的联锁投入或联锁解除按钮的操作。

4.结束语

转炉倾倒控制系统在钢铁冶金厂生产中发挥着重要作用，但因为质量重、负载大，有很大的控制难度。为实现精确化控制，常采用交流变频技术，尤其是变频调速器，不但结构简单、安装调试方便，而且具有较高的精度，可提高系统的安全性。同时其节能环保效果也较为可观，在炼钢冶金厂十分适用，值得推广。

参考文献

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