ACS800在转炉倾动中的应用———ABB传动

一、工艺要求：
  1、转炉炼钢时，是垂直的，炉口向上，当出钢时，需要倾斜一定的角度。炉体倾动部分采用4台电机驱动，低速轴刚性连接，炉体采用4点悬挂式，辅以扭力杆作为力矩吸收。
  2、根据工艺要求，转炉炉体需进行360°的倾动。一般情况转炉倾动机构处于正力矩工作状态，其重量主要集中在下部。这样就可以确保转炉事故状态下，炉体能自动复位。也就是说炉体具有势能负载特性。因此，对系统提出如下要求：
  3、电气系统需有足够的启动力矩，以适应满载的启动要求，启动需平稳，频繁的启动/制动时无冲击，满足电机四象限运行。
  4、针对势能负载的特点，电气系统最好在低速甚至零速时有较大力矩输出；
  5、为了克服前面叙述的弊端，机械制动必须和电控紧密配合，在电机建立足够的输出力矩时，才能松开，需要制动时，立即使电机停止；
  6、炉体需要能做到准确、平稳停车定位；
  7、4台电动机需保持同步运行，无论是启动、制动和正常工作状态，4台电机的负荷要尽量保持平衡，且转速差不大于5rpm，转矩偏差不大于输出转矩的4%。
  8、转炉倾动驱动的选择主要考虑两方面，一是启动平缓且无冲击；二是中途停止再启动时防止因重力作用而下滑。下面就从启动转矩的大小和时间入手，来阐述系统选取重点。电机和倾动机构的参数如下：
  9、电机的额定转矩：800N.M，额定转矩和启动转矩之比；转炉倾动转矩：1500N.m。
   二、变频器容量选择
  1、电机为星接系列变频电机，电机参数为：额定电压380V；额定功率55KW;额定电流124A；额定转速586rpm；效率0.9；功率因数0.8；转矩875N.m。
  2、根据ABB手册并考虑到重载应用，选用ACS800-01-0100-3,其重载连续电流可达115A，并允许每五分钟有一分钟150%过载，即电流值可达172.5A，完全满足电机的运行需要。
  3、用编码器实现准确位置控制
   4、转炉倾动使用是用电机驱动炉体按预定的角度旋转，并能准确停止在任何位置，不能抖动、冲击和错位。要精确定位，位置检测装置的精确度和使用性能就显得尤为重要。这里采用测速编码器和PLC实现位置控制，精度高，调整方便，基本没有故障发生。
  三、位置控制的实现
  1、编码器安装在低速轴上，随着电机的旋转它输出一系列的脉冲信号，根据型号的不同，每周发出的脉冲也不同。编码器的信号送入到PLC的高速计数器进行计数，计数值的大小反映了炉体转动的角度，以达到精确的位置控制。高速计数器具有外部控制的双向计数功能，完全满足旋转计数的要求，不管电机的旋转方向如何，高速计数器都可以准确计数。
  2、将炉体向上的垂直位置定位原点，计数值为零，炉体在转动过程中计数值不断增加，可以根据计数值判断炉体的转动角度。例如，选用200p/r的单圈绝对值编码器，则每个脉冲所对应的角度为1.8度，设炉体出钢的角度为160度，就可以计算出所对应的计数值为89，从而可精确的设定停车位置。由于计数器为软件设定，所以，当计数器超过89时，会发出报警和停车信号，变频器启动所有应急程序，保证系统安全。
  四、变频器速度运行图设置
       变频器的优势在于可以通过简单的参数设定来实现多功能的控制，多级调速设定就是其中的一种，变频器可以通过数字量输入端的组合，设置4-6档恒定速度，可非常方便的实现变速运行和变速启停，可以随意设置加减速时间。
  五、负荷平衡措施
  1、对于多台电机同轴驱动的情况，负荷平衡是一个空盒子点，主要是因为信号传递和设备参数不对称导致各台电机出力不均造成的。对于这种情况ABB专门开发主从控制功能，这里共有4台变频器，1台主机、3台辅机。由于是低速刚性连接，为了保证输出力矩的平衡分配，主机采用速度控制，从机采用跟随主机输出的转矩的力矩控制。
  2、主从应用中，外部信号(包括启动、停止、给定信号等)只与主机变频器相连，主机通过光纤将从机控制字和两个给定值（速度给定和转矩给定）广播给从机，实现对从机的控制。当主变频器发生故障时，从变频器以自由停车方式停机，单台从机出现故障时本机停机，其余继续运行。但是该变频器故障排除后，必须全部停机再重新启动。
  3、 主机发送给从机的控制字是一个16位字，其中仅B3（RUN）  B7（RESET）R10(REMOTE-CMD)使用，当从机参数10.01或10.02设置为COMM.CW时，控制字命令有效。给定值是包括1个符号位和15个整数位的16位字，给定1位速度给定给定2为转矩给定。在从机中，要将给定1定义为从机的外部速度给定，需将参数11.03设置为COMM.REF，要将给定2定义为从机的外部转矩给定，需将11.06设置为COMM.REF。
  4、主机和从机为刚性连接时，从机跟随主机转矩给定的控制原理图。主机采用速度空盒子方式，即速度给定SPEED REF3与实际速度ACTUAL SPEED相比较，通过PI调节器得到转矩给定值TORQ REF3该值经过频率限幅、直流电压限幅、功率限幅和转矩限幅后，得到最终的转矩给定值ORQ REF3该值的定子磁通给定值分别同相应的实际值在滞环比较器内进行比较，得到最优的PWM信号，最终通过驱动逆变器的开关器件达到调节转速的目的。主机速度环输出最终转矩给定值ORQ REF USED同时作为从机的转矩给定值，实现主机和从机的负载转矩平衡分配。
   六、制动方式选择及设计
  1、电气制动，在ACS800变频器的内部功能选项中，电气制动可采用直流注入制动的方式实现，能将电机所定在零速，当速度给定和实际转速均降至所设定额频率以下时，变频器发出电机停止指令并在电机定子中注入直流电流，使电机迅速停机。根据所需制动力的大小，注入电流可以在0-1.5倍额定电流之间。
  2、机械制动器的控制，对于势能负载，没有机械制动器是绝对不行的，在电机突然断电或中途启动时，必须靠机械制动来控制负载的下落转动。制动器必须在电机建立了一定的力矩后才能松开，而ACS800变频器恰恰具有这一功能。通过对制动器松开电、松开频率、制动松开/闭合时间、制动器释放转矩等参数进行设置，保证制动器的可靠运行。在实际调试时，释放频率为5hz，释放转矩为制动器闭合瞬间变频器输出转矩值。除此之外，制动器还可以接收外部节点的控制，在本例中，把限位、变频器故障、紧急停车、体统断电等作为外部节点的驱动信号。当任一个出现故障时，PLC都会使外部节点断开，使制动器迅速动作。
  七、总结
        直接转矩控制变频器的启动转矩较大，转矩响应快，适合于转炉倾动系统的驱动。ACS800变频器主从控制功能对于多电机同轴驱动负荷平衡提供了便利。总之，采用ACS800变频器于转炉倾动系统可以完全满足用户的指标要求和可靠运行，是比较成功的方案之一。