变频器在高炉探尺系统中的应用

变频器在高炉探尺系统中的应用

摘要:本文介绍了一种基于全数字交流变频调速控制的高炉控料探尺自动控制系统,文中首先分析变频调速技术的工作特性及高炉探料探尺的工作原理,接着选用ABB公司生产的ACS800变频器的系统设计,详细分析其组成结构及工作原理,叙述了系统设计方法与详细参数计算。最后经过长时间运行验证,该系统运行稳定、可靠,可以精确地测量高炉炉内料面。

关键词:高炉探尺变频器变频矢量控制PLC

1、概述

涟钢炼铁厂高炉探尺改造前是采用直流电机驱动其机械设备,直流电机维护困难且备品、备件匮乏。改造方案需要将直流电机改型为交流变频电机。对应于电机改型,探尺系统原有直流控制方案相应需要改造为交流变频控制方案。依据当前变频技术发展和交流变频器应用及比较了各大公司变频器产品后,我们选用ABB公司矢量控制电压源型变频器ACS800系列来设计控制方案。高炉探尺设计依据与选型原则如下:

1)探尺系统原采用直流电机传动。电机型号为Z-68功率:3.7KW220V20A励磁电流0.6A,转速1000转/分。

2)探尺系统现采用交流变频电机传动,电机型号为YTSZ100L1-4。电机功率:2.2kW380V750转/分,机座号160M,中心高150mm,电机长<860mm(考虑了轴伸110mm+码盘尺寸)。

3)提尺与放尺速度参数:减速机速比31.5,卷筒直径318mm。正常运行时,提尺速度<0.5m/s,放尺速度<0.2m/s。

4)提升重量与提升高度参数:提升重量为1600N,提升高度为8847mm,工作提升高度为5000mm.

5)此次改造选用变频器为ACS800-01-0006-3+901, 400V/4KW。探尺是位能性负载,其下放动能不能从变频器回馈给交流电源,需要外加制动电阻和制动单元消耗能量。同时为满足较高转速精度和良好动态品质,以及调速范围宽广和低转速时保持一定精度提升力矩,需要1台增量编码器,其每转具有1024个脉冲以构成速度闭环控制系统。

2、高炉探尺工艺流程

高炉探尺是用来检测高炉内矿石与焦碳等物料料面,供冶炼操作人员以视觉观测炉内物料下放情况,同时控制矿石与焦碳等物料向炉内排放。当探尺检测炉内物料下放到设定料面时,探尺自动提升到顶部,矿石与焦碳等物料依据工艺设定

值向高炉炉内排放。物料排放完毕,探尺自顶部按设定速度开始自动下放,下放到炉内物料料面后,探尺被物料支撑,探尺速度减至为零,随后跟随物料下放,直到再次检测到炉内物料下放到设定料面时,探尺自动提升。如此循环往复,使探尺稳定一个料面高度。

目前冶炼系统一般情况是:小于2500M3高炉用2个探尺来探测炉内物料,大于3000M3高炉用3个或4个探尺来探测炉内物料。本次改造是2200M3高炉探尺。

3、ACS800系列变频器

3.1变频器的主要部件

ABB变频器包括下列标准电路板1、主电路板(RINT)2、电机控制和I/O控制板(RMIO)3、控制盘(CDP312R)主电路板的作用是利用6脉波整流桥将三相交流电压转换为直流电压,再通过电容器组稳定中间回路直流电压,然后利用IGBT 逆变器将直流电压转换为交流电压,反之亦然,通过IGBT来的控制电机的运行。电机控制和I/O控制板的作用是通过数字输入/输出和模拟输入/输出来控制传动单元。

控制盘的作用主要是用来修改参数和对传动进行一些基本控制:电机的启动、停机和转向;电机的转速给定值或转矩给定值;一个过程给定(当激活PID控制时);对故障信息和警告信息时行复位;切换本地控制和外部控制模式。

3.2变频调速装置主要功能

*ABB系列变频器是具有多种可供选择接线方式设备:有将整流部分与逆变部分装于一体变频器、用于变频器制动电阻和制动单元、单独整流单元、整流回馈单元和单独逆变器。

*制动运行方式:不经常制动设备可以选择变频器+制动单元+制动电阻方式;经常制动设备采用整流回馈单元向公共直流母线供电,再由直流母线向多台逆变器供电,不同时制动逆变器可以直流母线上交换能量,当制动功率大时从回馈单元向电网回馈能量;还可以将多台变频器直流母线直接连接,形成公共直流母线,再接入制动单元与制动电阻,当制动功率大时由制动电阻消耗能量。

*ABB系列变频器具有多种控制方式:可以设定为VVVF控制、开环矢量控制、闭环矢量控制中一种。闭环矢量控制性能最好,但必须接入测速装置;当变频器或逆变器给多台电机并联供电时,只能采用VVVF方式。

*ABB系列变频器所有设备均有故障自诊断功能。ABB装置本身提供了多种可靠有效故障保护措施。同时也提供了简单实用故障查询手段,装置可以记录同时发生多个故障(最多达8个),并可以保存最近8次所发生过故障代码。

ACS800系列变频器提供下列参数功能:

*菜单索引参数存取

*参数组读及写

*将现有参数组复制到同系列其它装置上

*打印参数组

*过程控制字进行操作(开关量命令、如开/关命令)及施加给定值

*状态字进行观察(整流器工作状态反馈信号)及读出实际植

*读出故障信号和报警信号

*读出跟踪缓冲器中内容(SIMOVERT示波器功能)

4、高炉探尺矢量变频控制原理

变频器应工作矢量控制方式下于力矩控制,要求变频电机轴端安装增量码盘作为速度检测元件。减速机轴端接多圈绝对值码盘,信号经通讯总线进PLC,由PLC读出探尺高度,作为检测值及探尺操作信号。变频器接受PLC信号:PLC给变频器提尺信号、放尺信号;变频器给PLC准备好信号及故障信号。变频器与PLC 间这些开关量信号由点对点方式连接。

当要求探尺下放时,由PLC送出放尺信号,由变频器系统实现自动放尺并保持下放速度不超过限制值,探尺降落到料面时保持电机仍有一定提尺力矩,使探尺保持直立姿势。探尺下放动能由制动电阻和制动单元消耗掉。

当要求探尺提升时,由PLC送出提尺信号,由变频器系统实现自动提尺并保持提升速度不超过限制值。当PLC检测到探尺顶部时,由变频器系统实现自动停车并投入抱闸。其控制原理简图见图1:

探尺趋势波形见图2:

注:绿线和黄线为探尺波形图

5、结束语

改造后用变频器控制探尺系统,能够精确控制探尺的速度和转矩,这样有效的降低了探尺系统的故障率,如改造前探尺铊经常脱落和探尺钢绳断裂,另外控制系统故障多,给维护带来了很大的强度。改造后给维护的强度减少了80%。但也有不足之处,在探尺下降转提升的时候,如果碰到崩料时,探尺铊就会被埋没,因为从