ROCKWELLPLC和变频器在酒钢转炉倾动自动控制中的应用———ROCKW

酒钢200万炼钢有3座120t顶底复吹转炉，1＃转炉已经于2005年4月份投产，2#和3#转炉于2006年初投产，3座转炉的倾动和氧枪系统均采用罗克韦尔自动化公司的Allen-Bradley Logix平台控制系统ControlLogix、NetLinx网络架构ControlNet和基于磁场定向矢量控制技术的1336 Force交流变频器，实现转炉倾动和氧枪系统的自动控制，其自诊断和保护功能可靠，降低了设备故障停机时间，大大提高了生产效率。
      1 转炉倾动负载特性分析
      在转炉系统中，炉体倾动部分采用4台倾动电机，通过减速机刚性连接，并采用全悬挂固定方式和扭力杆力矩吸收方式，如图1所示。
      
      根据工艺要求，转炉的倾动角度为正反360°。转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态。故炉子倾动负载力矩为角度的函数Mfz=f(θ)，属于反阴性的位能负载。另外，据工艺设计说明，转炉按正力矩设计，即炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重。从而确保转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，能靠炉体自身的正力矩来确保炉口向上，这样不至于发生倒钢等事故。但当维修炉拆除炉底后以及炉口粘钢渣太多时，炉体可能出现上部较下部重，由于液体钢水重心随转炉倾角的变化而变化，这样在修炉和出渣或出钢时，可能出现负力矩。当炉体处于正力矩状态时，电机处于电动运行状态，当炉体处于负力矩状态时，电机处于回馈制动状态，电机的机械特性和负载特性如图2。
      
      额定力矩／电流：1750N·m/230A;
      速度反馈用编码器：30-3641IA-1024。
      2 系统功能
      2.1控制功能
      转炉倾动变频系统各变频器的控制分两种方式：
      （1）变频装置的单机调试、检修在人机接口操作面板（HMI）上完成；
      （2）设备联动运行通过PLC系统实现（操作地点：正常生产时在中控室或机旁，联机调试时在变频器柜柜门）。
      在任何一种情况下，均能保证控制方式的唯一性，而且控制方式的切换通过柜门上转换开关、按钮实现，方便、可靠。
      转炉4台倾动变频器在正常工作时以1主3从方式进行工作；当其中1台故障时，余下3台装置转换调整后以1主2从方式进行工作；进一步当其中2台故障时，余下2台装置转换调整后以1主1从方式进行工作。
      2.2系统配置和功能实现
      根据倾动机构工艺要求及控制功能，每座转炉倾动变频系统配置了一套相对独立的PLC（1#转炉为PLC 12）系统，通过控制总线Control Net网络接口实现转炉变频器及PLC间的通讯（如图3），同时实现与转炉主PLC（1＃转炉为PLC11）系统的通讯（如图4）。系统主要硬件配置如下：
      
      
      倾动变频器：1336T-B250-AA-GT3EN-L4，4台（含制动组件）；ControlNet光纤模块：1786-RPFS，4块；控制系统：1756-L55M22 Logix5555控制器1个。
      在转炉传动变频控制系统中，4台变频器通过光纤连接，构成主从应用工作组，工作时其中一台设为主传动工作方式，另三台工作在从传动方式，从传动变频器以转矩模式工作，主变频器速度由PLC系统通过变频器I/O口给定，主变频器通过Drive-to-Drive Link通讯向从机发送运行信息，内容包括主机转速，转矩及开关状态等，由主从装置参数设定自动实现与主传动的速度／转矩跟踪和转矩准确分配，实现了多电机传动中速度同步和转矩分配。
      系统正常运行时，PLC系统通过CNB总线与转炉倾动变频器正常通讯，实现控制和数据采集。当因某种原因引起故障时，例如某台从变频器或电机故障时，故障变频器自动停止工作，另外三台变频器继续工作，主变频器控制负载在这三台变频器之间平均分配；当主变频器或电机出现故障时，主变频器停止工作，并发出故障信号，此时可设置另外一台变频器为主传动，组成新的主／从工作组，按主／从方式继续工作，新的主变频器负责速度控制和负载分配。
      另外，转炉倾动需严格监控，防止出现“溜车”故障，在转炉传动变频控制系统中，利用了PLC控制程序，使抱闸在系统起动后转矩建立在一定的输出转矩时松开，在系统停止后转矩下降至一定的输出转矩时抱紧，大大提高了系统应用的可靠性。
      为了监控转炉的倾动的位置，在设备主轴上安装有编码器，通过现场总线将信号传送到PLC系统，通过PLC来计算、转换，在画面上显示。
      3 1336 FORCE变频器的参数设置及链接
      3.1 1336 FORCE变频器的参数设置
      由于变频器功能参数很多，实际应用中，没有必要对每一参数进行设置和调试，多数可采用缺省值，有些参数可以通过做AUTOTUNE后产生，如速度调节器和滑差调节器的PID参数、额定转速和额定电流下的Q轴和D轴电压、电机的额定和最大最小滑差频率等等，不需人工设定。而有些参数则要根据电机的负载特性和功能来设定，主要设置的参数为电机铭牌参数，极限参数（包括速度和电流），定标参数，链接参数和通讯口等。另外，更换同型号电机后，可以继续使用原有参数而不需要改变。但反馈类型改变后，由于对整个系统的影响较大，需要重新做AUTOTUNE。根据倾动电机工艺参数和相关特性，表1列出了1＃倾动变频器部分参数的设置。
      
      3.2 变频器的参数链接
      通过参数链接，可以实现PLC对变频器启停信号的控制，变频器反馈信号的接收以及变频器与变频器之间信号的传输。表2以1＃倾动变频器为例说明参数链接与PLC的对应关系。
      
      4 结束语
      酒钢200万炼钢1#转炉于2005年4月投产以来，倾动变频器系统满足工艺要求，运行稳定可靠，取得了良好的效果。