轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統及方法技術方案

本發明專利技術提供了一種轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統及方法，控制系統包括PLC控制器、傾動變頻器、傾動電機、交換機、操作員站、工程師站、角度編碼器、測速編碼器及操作臺，操作員站、工程師站及PLC控制器均連接至交換機，PLC控制器通過PROFIBUS?DP總線與4臺傾動變頻器通訊連接。控制方法采用預先快速勵磁，鎖定轉速設定值及轉速控制器的控制方法來快速啟動轉爐傾動；采用電力拖動系統中的對稱法計算傾動變頻器內部的速度控制器PI參數保證轉爐傾動平穩運行；采用設置雙編碼器來檢測轉爐傾動角度，增加編碼器備用可靠性；采用優化傾動電機抱閘控制策略，停車時主從變頻器沿著相同的減速斜坡下降停車。本發明專利技術實現轉爐快速啟停，平穩搖爐。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于轉爐傾動系統控制領域，特別涉及一種轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統及方法。
技術介紹
轉爐是煉鋼廠的核心系統，轉爐傾動裝置作用是在兌鐵水、加廢鋼、爐后出鋼及爐前倒渣等過程中傾動爐體，在一個轉爐冶煉周期內，轉爐至少經過三次前傾，一次后傾才能完成冶煉過程。轉爐傾動系統一般采用4臺傾動變頻器分別4臺傾動電機，4臺傾動電機通過一二次減速機剛性相連，采用全懸掛4點嚙合柔性傳動方式。傾動電機間為剛性連接，要求主從控制為轉矩同步，進行均勻的負荷分配，確保4臺傾動電機同步運行同步啟停，運行平穩。在正常轉爐生產中，需要在出鋼和出渣時能點動搖爐，既要快速性又要保證穩定性。轉爐傾動變頻器一般功率較大，傾動變頻器正常啟動一般需要約3秒左右時間來進行正常勵磁建立磁場，勵磁完畢后還需約一定時間沿斜坡建立力矩，從發出搖爐命令到轉爐開始動作會間隔約3.5秒。僅通過縮短升速時間及勵磁時間并不能解決轉爐啟動慢的問題。同時因傾動主從變頻器對停車命令OFF1的反映不一致，如果停車抱閘控制設置不當，會導致轉爐停車時產生點頭晃動現象。傾動主變頻器的速度控制器PI參數設置不合理也會影響轉爐傾動快速平穩搖爐，而PI參數整定工程上常用的是經驗整定方法，此整定方法比較繁瑣且不一定能找到合適的參數值。因此，采用何種控制方法來保證轉爐快速啟動平穩運行就顯得尤為重要。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是，針對現有轉爐傾動控制策略存在的上述不足，提供一種轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統及方法，使轉爐快速啟停，平穩搖爐。本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是：轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統，包括PLC控制器、傾動變頻器、傾動電機、交換機、操作員站、工程師站、角度編碼器、測速編碼器及操作臺，操作員站、工程師站及PLC控制器均連接至交換機，操作員站及工程師站通過TCP/IP協議讀取PLC控制器的數據；PLC控制器通過PROFIBUS-DP總線與4臺傾動變頻器通訊連接，4臺傾動變頻器包括1臺主變頻器和3臺從變頻器，PLC控制器通過Profibus-DP總線給定主變頻器啟停命令和速度給定值，同時接受主變頻器的速度控制器的PI輸出值并傳給從變頻器，作為從變頻器的轉矩控制器的轉矩給定值；傾動變頻器借助編碼器模塊通過西門子專用協議Drive-CLIQ連接傾動電機后端的測速編碼器，構成速度及轉矩雙閉環控制；PLC控制器通過PROFIBUS-DP總線與安裝于傾動電機后端的角度編碼器連接(PLC控制器時刻讀取角度編碼器檢測的轉爐傾動角度數值，參與傾動連鎖控制)。按上述方案，每臺傾動變頻器對應配置一個操作臺，每個操作臺上均設有用于啟動傾動變頻器的“本地”、“遠程”選擇開關，只有一個操作臺上的選擇開關選擇本地，其余三個操作臺上的選擇開關選擇遠程，在選擇本地的操作臺上操作搖爐手柄來傾動轉爐，當該操作臺的選擇開關選擇本地時，啟動傾動變頻器開始快速勵磁。按上述方案，每臺傾動變頻器包括一個CU320-2DP控制單元、一個整流單元模塊、一個電機模塊和一個SMC30編碼器模塊，整流單元模塊、電機模塊和SMC30編碼器模塊通過西門子專用協議Drive-CLIQ連接至CU320-2DP控制單元，CU320-2DP控制單元通過PROFIBUS-DP總線與PLC控制器連接(實現各個CU320-2DP控制單元之間的數據交換通過PLC控制器傳遞)，CU320-2DP控制單元內設置轉速控制器、速度控制器、磁通控制器和抱閘功能塊。本專利技術還提供了一種上述轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統的控制方法，包括如下步驟：(1)采用“預先快速勵磁，鎖定轉速設定值及轉速控制器”的方式快速啟動變頻器；當轉爐傾動允許條件具備，某操作臺開關旋至“本地”，本地信號啟動變頻器進行快速勵磁建立磁場，磁場建立完畢后變頻器處于轉速設定值及轉速控制器的雙重鎖定狀態，傾動變頻器通過設置磁通控制器參數以激活傾動變頻器的快速勵磁功能(快速勵磁功能應用在矢量控制的異步電機上，通過給電機注入達到電流極限的勵磁電流來快速建立磁場，從而大大縮短勵磁時間)，在傾動電機啟動時執行以下步驟：a)勵磁電流設定值躍升到極限值；b)磁通隨著勵磁電流設定值盡快上升，同時設定磁通閾值，一旦磁通達到由原設定的磁通閥值，傾動變頻器結束勵磁(相當于在搖爐前預先進行了變頻器的快速勵磁，節省了變頻器的勵磁時間)；在選擇“本地”的操作臺上操作搖爐手柄，PLC控制器立即解鎖原處于鎖定狀態的轉速設定值和轉速控制器，傾動變頻器轉矩電流快速上升，當轉矩電流大于開抱閘設定值時，電機抱閘打開，轉爐開始動作；當操作臺上搖爐手柄回零位，傾動變頻器立即沿設定的下降斜坡減速，當電機速度低于抱閘關閉速度門檻值，電機抱閘關閉，此時傾動變頻器內轉速設定值和轉速控制器再次被鎖定，傾動變頻器重新進入勵磁待機狀態；當操作臺上選擇開關旋至“遠程”時，停止傾動變頻器(傾動變頻器進入待機狀態)；(2)采用“對稱法”計算變頻器內部的速度控制器的PI參數；將傾動電機脫開減速機，空載狀態進行靜態參數整定和動態參數整定，然后設置好動態因子后再優化傾動變頻器的速度控制器，速度控制器優化過程中會對速度控制器PI參數做出相應整定，速度控制器優化順利完成，找到傾動變頻器的啟動時間參數值，按照“對稱法”得到公式：2*啟動時間＝P參數值*I參數值(1)公式(1)得到的P參數值、I參數值仍是傾動變頻器空載時的數值，在上述公式(1)框架下手工調整：給傾動變頻器施加一定的給定階躍值，觀察傾動變頻器的給定值曲線和實際速度值曲線，根據實際值曲線跟隨給定值曲線的情況調整比例參數P和積分時間I；(3)采用雙絕對值編碼器來檢測轉爐傾動角度；編碼器模塊設置雙絕對值編碼器檢測傾動角度、互為備用，兩個編碼器都正常時，PLC控制器讀取兩個編碼器的角度值取平均值參與連鎖控制；當PLC控制器檢測到編碼器數值在單位時間內超出設定的變化率時，傾動已經失控，隨時有可能發生事故；當PLC控制器檢測到某個編碼器數值在單位時間內少于設定的變化率時，說明此編碼器已損壞或機械安裝松動，此時，通過另一個正常的編碼器來檢測傾動角度，進行正常轉爐傾動，同時在操作臺界面上顯示“某個編碼器故障”，提醒維檢人員檢查更換已損壞的編碼器；(4)優化傾動電機抱閘控制；利用傾動變頻器內部的抱閘功能塊正常傾動轉爐控制：采用優化傾動電機抱閘控制策略，主從變頻器在啟動和平穩運行時，主變頻器為速度控制，從變頻器為轉矩控制，當停車時，通過設置從變頻參數改變本文檔來自技高網...

【技術保護點】
轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統，其特征在于：包括PLC控制器、傾動變頻器、傾動電機、交換機、操作員站、工程師站、角度編碼器、測速編碼器及操作臺，操作員站、工程師站及PLC控制器均連接至交換機，操作員站及工程師站通過TCP/IP協議讀取PLC控制器的數據；PLC控制器通過PROFIBUS?DP總線與4臺傾動變頻器通訊連接，4臺傾動變頻器包括1臺主變頻器和3臺從變頻器，PLC控制器通過Profibus?DP總線給定主變頻器啟停命令和速度給定值，同時接受主變頻器的速度控制器的PI輸出值并傳給從變頻器，作為從變頻器的轉矩控制器的轉矩給定值；傾動變頻器借助編碼器模塊通過西門子專用協議Drive?CLIQ連接傾動電機后端的測速編碼器，構成速度及轉矩雙閉環控制；PLC控制器通過PROFIBUS?DP總線與安裝于傾動電機后端的角度編碼器連接。

【技術特征摘要】
1.轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統，其特征在于：包括PLC控制器、傾動變頻器、
傾動電機、交換機、操作員站、工程師站、角度編碼器、測速編碼器及操作臺，操作員站、
工程師站及PLC控制器均連接至交換機，操作員站及工程師站通過TCP/IP協議讀取PLC控
制器的數據；PLC控制器通過PROFIBUS-DP總線與4臺傾動變頻器通訊連接，4臺傾動變
頻器包括1臺主變頻器和3臺從變頻器，PLC控制器通過Profibus-DP總線給定主變頻器啟停
命令和速度給定值，同時接受主變頻器的速度控制器的PI輸出值并傳給從變頻器，作為從變
頻器的轉矩控制器的轉矩給定值；傾動變頻器借助編碼器模塊通過西門子專用協議
Drive-CLIQ連接傾動電機后端的測速編碼器，構成速度及轉矩雙閉環控制；PLC控制器通過
PROFIBUS-DP總線與安裝于傾動電機后端的角度編碼器連接。
2.根據權利要求1所述的轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統，其特征在于，每臺傾動
變頻器對應配置一個操作臺，每個操作臺上均設有用于啟動傾動變頻器的“本地”、“遠程”
選擇開關，只有一個操作臺上的選擇開關選擇本地，其余三個操作臺上的選擇開關選擇遠程，
在選擇本地的操作臺上操作搖爐手柄來傾動轉爐，當該操作臺的選擇開關選擇本地時，啟動
傾動變頻器開始快速勵磁。
3.根據權利要求2所述的轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統，其特征在于，每臺傾動
變頻器包括一個CU320-2DP控制單元、一個整流單元模塊、一個電機模塊和一個SMC30編
碼器模塊，整流單元模塊、電機模塊和SMC30編碼器模塊通過西門子專用協議Drive-CLIQ
連接至CU320-2DP控制單元，CU320-2DP控制單元通過PROFIBUS-DP總線與PLC控制器
連接，CU320-2DP控制單元內設置轉速控制器、速度控制器、磁通控制器和抱閘功能塊。
4.一種上述權利要求3所述的轉爐傾動快速啟停平穩搖爐控制系統的控制方法，其特征
在于，包括如下步驟：
(1)采用“預先快速勵磁，鎖定轉速設定值及轉速控制器”的方式快速啟動變頻器；
當轉爐傾動允許條件具備，某操作臺開關旋至“本地”，本地信號啟動變頻器進行快速勵
磁建立磁場，磁場建立完畢后變頻器處于轉速設定值及轉速控制器的雙重鎖定狀態，傾動變
頻器通過設置磁通控制器參數以激活傾動變頻器的快速勵磁功能，在傾動電機啟動時執行以
下步驟：
a)勵磁電流設定值躍升到極限值；
b)磁通隨著勵磁電流設定值盡快上升，同時設定磁通閾值，一旦磁通達到由原設定的磁
通閥值，傾動變頻器結束勵磁；
在選擇“本地”的操作臺上操作搖爐手柄，PLC控制器立即解鎖原處于鎖定狀態的轉速
設定值和轉速控制器，傾動變頻器轉矩電流快速上升，當轉矩電流大于開抱閘設定值時，電

\t機抱閘打開，轉爐開始動作；當操作臺上...

【專利技術屬性】
技術研發人員：任朝暉，
申請(專利權)人：中冶南方工程技術有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42