变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用

变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用（通用2篇）

篇1：变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用

变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用

作者：罗克韦尔自动化

摘 要：本文介绍了罗克韦尔自动化PowerFlex700S及控制系统在某炼钢厂200吨铸造吊车上的应用，通过实际运行检验，系统运行良好，稳定可靠，完全满足客户的生产需求。

关键词：罗克韦尔自动化 变频器 炼钢厂 铸造吊车

引言

铸造起重机用于冶金行业，其工作任务是为冶炼炉运送钢水。一般有5大机构：主起升，副起升、大车、主小车、副小车机构。由于起重机的位能负荷特性有更为苛刻的安全要求，各机构的大转动惯量、短时工作、频繁的起制动运行，对调速方案更加苛刻，近十年来随着直接力矩控制理论的成熟及大功率矢量变频器的成功制造，使得变频调速技术在起重机上得以成功应用。但是，当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速、顺风运行时，异步电动机将处于再生发电状态，以往大部分都通过在中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动。本文介绍了采访罗克韦尔自动化PowerFlex 700S变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用，同时由于采用罗克韦尔自动化的集成架构控制系统及软件，设计和调试都变得更简单，为用户节省了时间和人力。冶金起重机系统简介

本起重机为“冶金铸造起重机”，代号为“YZ200/65t-19m A7”。主钩负荷200吨，副钩负荷65吨，跨度为19m，为四梁结构，分上下小车。

主起升部分包括两台250kW电机，三台减速机；每一台电机有两个制动器，制动器形式为液压推杆式；此主起升机构的减速机为冶金铸造用棘轮棘爪减速机，两台电机输出到棘轮棘爪减速机，再通过棘轮棘爪减速机输出到两台普通减速机，通过两台普通减速机控制两台钢丝绳卷筒，每个卷筒上安装两根钢丝绳，总计四根，通过四根钢丝绳带动下面的吊具（吊钢包的板钩）。副起升为一台160kW电机驱动，利用两台液压推杆减速机进行制动。

主小车部分为两台22kW电机分别驱动两边的减速机以带动车轮旋转，通过每台电机一个液压推杆制动器进行制动。副小车运行电机为一台15kW电机带动一台减速机进行驱动两边的车轮进行工作，通过一个制动器进行制动。大车部分为四角四台45kW电机分别驱动四台减速机，带动各部分的车轮进行工作，每个电机上面一台制动器。罗克韦尔自动化PowerFlex 700S变频器

PowerFlex700S是罗克韦尔自动化公司推出的高性能系统型变频器，它采用书本式结构设计，零间距安装（Zero Stacking™)，大大减少了变频器安装空间，从而节省大量的盘柜安装空间，节约成套成本和安装成本。内置了输入EMC滤波器，直流母线电抗器和输出共模滤波器，同时160kW以下变频器内置了制动单元，大大方便了用户的选型。因现场故障而需更换变频器时，PowerFlex700S的可插拔控制端子排可以帮助客户轻而易举地恢复控制线路。虚拟背板概念使得程序具有可移植其他Logix平台的能力，实现NetLinx™体系结构的无缝集成和直接通讯驱动。

PowerFlex 700S采用是自有专利的、FORCETM磁通矢量控制技术，加上速度闭环控制，确保负载始终处于受控状态。PowerFlex 700S具有TorqProveTM力矩校验功能，TorqProveTM确保停车后机械报闸可靠的控制负载，和当收到运行命令，机械抱闸打开时变频器能控制负载；TorqProveTM and Force TechnologyTM帮助消除人们对V/F标量型、传统矢量型变频器在抱闸时控制的不定因素的担忧，并可以解决起重应用中的关键问题：

（1）溜钩保护

当负载移动停止，机械抱闸闭合，变频器将斜坡降低输出转矩，同时监测编码器反馈，确认负载被控制。如果监测到编码器反馈有变化(溜钩)，变频器会马上增加输出转矩，重新控制负载，按照预先设定的速度下放负载。变频器会重复以上的周期，直到抱闸能控制负载或负载安全下放到地面。

（2）速度偏离保护（失速保护）

变频器会连续的监测速度命令和速度反馈，比较其偏差，如果偏差超出所允许的范围，那么变频器将变为故障状态，同时，抱闸投入工作。

（3）输出缺相保护

三相输出接线端被监测，确保输出每有缺相。一旦TorqProve 使能，这项功能不能被屏闭。

（4）编码器丢失

变频器会连续的监测编码器反馈，确保编码器工作正常。只要出现编码器丢失变频器马上变为故障状态，同时，抱闸投入工作。一旦TorqProve使能，这项功能必需使能.（5）基于负载大小的速度限制

允许高于基速运行（轻载时更快运行）；在基速时测量负载大小，若低于额定负载，则可超速。

PowerFlex 700S变频器的力矩校验时序图如图1所示。

以上所有的时间设置的分辩率为0.1秒

图1 力矩校验时序图 冶金起重机系统控制方案

本系统全部采用罗克韦尔自动化公司生产的PowerFlex 700S变频器，它采用ForceTM磁通矢量控制方式。这种控制方式采用实时计算的电动机转矩和转速构成转矩转速双闭环系统，其动、静态精度高（速度控制精度高达±0.001%，转矩控制精度高达±2%）；在转矩响应方面，比非ForceTM控制方式变频器快许多（转矩响应响应时间≤5ms），并克服了传统调速系统和转矩开环变频器低速段输出转矩不足的问题，其零速转矩可达200%。这些特点充分保证了位能性负载的要求。

系统具体配置如下：大车行走机构采用两台变频器，分别驱动一台电动机。其中一台为主机，另一台为从机。利用主从应用软件，保证两台电动机的速度同步和负荷平衡，防止大梁扭动和啃轨。小车机构变频器采用一台变频器。主起升机构和副起升机构，分别采用一台变频器，并分别采用一台光电编码器，做速度反馈和控制检测用。系统采用能耗制动的方式将连续再生能量消耗点实现制动。所有变频器配有各类标准的现场总线接口。大车和小车的控制系统图如图2所示，主钩和副钩的控制系统图如图3所示。

图2 大车和小车的控制系统图

图3 主钩和副钩的控制系统图

两台主起升变频器采用主从方式，通过光纤通讯方式传递力矩信号，采用力矩跟随的方法保证两台电机出力均匀。采用力矩跟随方式作负荷分配具有力矩分配精度高、动态响应快、调速范围宽等优点。力矩跟随方式示意图如图4所示。

图4 力矩跟随方式示意图

本系统采用Compact Logix作为核心控制器，采用工业控制现场总线，将PLC、远程I/O、各机构变频器、触摸屏联结起来，减少电缆投资，减少接线和维护工作量，减少故障点。远程I/O和触摸屏安装于司机室。接受操作人员的指令，显示系统各种工况信息，以利于操作人员监视、操作和方便维护人员故障诊断与维修。PLC安装于控制柜内。接收现场检测器件的状态信息、变频器等状态信息，控制系统运行。PLC控制柜、变频控制柜，以及电阻制动柜安放在大梁上。

5结束语

本系统采用采用罗克韦尔自动化公司的Compact Logix作为核心控制器，与PowerFlex 700S高性能系统型变频器一起组成一个高可靠性的系统，该冶金铸造起重机经一次调试成功，整机设备运行良好，完全能够满足客户的生产需求。目前，此系统在实际工作环境中运行良好，十分稳定。(end)

篇2：变频器及控制系统在炼钢厂200吨铸造吊车上的应用

一、变频调速系统组成

按工艺要求对混铁炉的倾翻、停止、回位, 既保证足够的启动力矩, 又保持一定的转速, 使混铁炉运行平稳, 避免点头溢铁。根据变频器具有强大功能的特点, 混铁炉倾动采用变频器带动三相鼠笼式异步电动机进行控制, 能够满足要求, 根据混铁炉运行工况, 通过设定变频器参数, 即可实现变频无级调速, 保持混铁炉匀速运转, 并可以选择主、备用电机进行工作, 线路比较简单, 易与计算机联网实现自动控制, 按PLC发出指令工作, 运行可靠性高, 易于维护, 在目前来讲, 这是最佳控制方案。

二、自动控制系统组成

混铁炉自动控制系统, 由一台S7-300PLC分别完成混铁炉本体控制、铁水兑铁等控制。其配置主要有:主机架、电源、CPU、接口模块、通讯模块、以及数字量和模拟量输入/输出模块等, 主站与变频器和编码器通过工业现场总线Profibus—DP完成主从通讯, 两台工控机一台为服务器, 一台为操作站, 共同完成整个过程监控和系统软件的开发设计, 其硬件配置及系统构成如图所示:

三、自动控制系统功能

(一)

混铁炉系统的自动控制由PLC控制程序完成, 通过开放的Profibus—DP现场总线, 连接各部件, 构成分布式控制系统, 实现顺序逻辑控制, 联动控制以及信号传输、报警和数据采集。系统功能强大, 取消了二次仪表, 同时设有人工紧急停车处理按钮, 操作员站完成PLC系统的硬件组态, 地址和站址的分配以及用户程序的设计开发和调试工作, 程序设计采用模块化编程, 应用相关数据块组成整个控制系统, 操作员站作为整个系统的人机界面友好, 采用基于WINT2000Pro操作系统的SIMATIC WINCC5.2画面组态监控软件通过Profibus—DP实现对现场设备的过程监控, WINCC能实现过程数据动态显示, 参数设定、操作控制和系统复位等功能, 并具有过程信息归档、报警信息顺序显示、报表打印等功能, 具有较强的实时性和可靠性。

(二)

混铁炉PLC主要完成兑铁炉门的升降和炉体的倾翻操作, 兑铁和出铁分别由兑铁小车, 铁水称量车组成, 全系统监控部分共10个测量点, 设有实时和历史趋势画面, 分别对混铁炉的各模拟量变化曲线、及煤气和空气压力、流量、倾翻角度等显示, 实时数据采集、监视、超限及事故报警、通过DP网实时数据传送, 由人机界面完成生产过程的监控。

(三)

倾倒控制由炉前操作室操作台和计算机完成: (1) 操作台手动操作时主令控制器前摇或者后摇分别给出0∽10V信号或0∽-10V信号, 经PLC程序采集处理后, 转换成0∽5V的数字信号传输到变频器输入, 变频器驱动电机以给定速度正反转, 完成炉体的倾翻、停止、回位, 编码器输出的倾翻位移由角度显示仪及主画面显示, 画面操作通过画面选择变频器操作速度进入自动控制, PLC按设定的程序完成操作。 (2) 倒铁控制 (侧兑小车等待位) :出铁时, 铁水称量车开到出铁位, 出铁后进入自动控制, 混铁炉返回零位, 同时铁水称量车和操作室显示铁水重量。 (3) 兑铁控制 (混铁炉零位) :兑铁炉门提升到上限位, 侧兑小车到兑铁位;对完铁后, 小车退到等待位, 关闭炉门。自动时在上位机画面操作, 此时手动操作无联锁。

(四)

安全联锁和事故对策:为保证混铁炉的安全运行, PLC程序中, 设有可靠的机械及电气安全联锁回路, 在操作室操作台上设有一个紧急停止按钮, 当出现紧急情况时, 按下此按钮混铁炉系统全部停车, 待处理完成后将按钮释放, 系统恢复正常操作, 炉体工作有00、300、470、-50四个位置, 正常工作范围为00∽300, 检修时的工作范围为00∽470, -50是炉体返回00时防止过超限位避免混铁炉齿条及减速箱齿轮, 轴承和相关设备损坏, 严重时将铁水倒在炉下;通过工位切换开关选择操作工位, 在任意工位回至00自动停止, 倒铁时倾倒至300和回位00自动停止;检修工位炉体倾倒至470自动停止, 侧兑小车未退到位和兑铁炉门未降到位, 炉体向下倾翻无效, 炉体未到零位, 兑铁门和倾翻操作无效;当电气发生故障时, 可在机旁用手搬动气动阀门放松制动器, 使混铁炉自动转回零位, 当变频器出现问题时, 自耦调压系统自动投入作为应急处理。

四、抗干扰功能的设计与实现

根据各种干扰源的情况, 采取了以下抗干扰功能:

(一) 接地措施。

计算机系统单独接地, 接地电阻小于1.0欧姆, 与电气接地分开, 以防形成接地环在接地线上产生接地电流引起PLC误动作。

(二) 模拟量输入信号滤波。

对系统模拟量输入信号在进入PLC模拟量通道以前, 先经过信号隔离器消除通道中的串模干扰, 提高了通道的信躁比。

(三) 模拟量通道屏蔽。

模拟量信号的输入导线采用有内外屏蔽线的多芯双绞线电缆, 在桥架中分开敷设, 单端接地, 有效地衰减了高频干扰, 降低了辐射干扰和电磁偶合干扰, 保证了有用信号正常传输.

(四) 模拟量通道隔离。

模拟量模块采用通道光电隔离模块, 降低通道间共模干扰。

(五) 数字量通道隔离。

数字量模块采用通道光电隔离模块, 在信号进入PLC通道之前, 防止串入强干扰源烧坏通道。

(六) 通讯电缆设置。

敷设工业Profibus-DP电缆时单独穿金属管, 与动力电缆分开敷设, 避免本体大电流线路干扰。

(七) 设备安装部置。

PLC柜安装在操作室, 动力柜安装在电气室, 这样有效地减少了强电磁干扰。

五、结束语

系统投运至今保持了稳定可靠.抗干扰技术的合理应用, 保证了PLC设备和通讯网络在恶劣环境中的安全运行, 采用的SIEMNS PLC程序故障诊断、在线监控和修改技术, 方便了程序维护, 开放的、标准的Profibus-DP现场总线增强了系统的扩展能力, 与编码器进行通讯组成工业现场总线, 省去计数模块, 简化接线, 系统自动化水平高, 操作方便, 报警明了清晰, 故障率低, 没有出现倒出大量铁水和其它异常事故的情况, 维护量小, 所有这些, 都达到了国内先进水平, 为莱钢登上1000万吨级钢铁强企打下了坚实的基础。

摘要：本文介绍了变频器与PLC控制在900吨混铁炉上的应用及取得的良好效果, 着重讲述了变频器与PLC控制的组成及抗干扰功能的设计与实现。

关键词：混铁炉,变频器,零位

参考文献

[1]汉龙.局域网组建与维护.上海科学普及出版社, 2004年;