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1．應(yīng)用背景 隨著工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活對(duì)鋼材需求量的日益增加，連鑄生產(chǎn)能力已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)之一。同時(shí)近年來(lái)，由于交流變頻調(diào)速技術(shù)有了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，變頻器在調(diào)速范圍、調(diào)速精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、低速轉(zhuǎn)矩等方面的優(yōu)異性能，是其它的交流調(diào)速方式所無(wú)法比擬的，甚至可以完全取代直流調(diào)速技術(shù)，因此使得變頻器深受鋼鐵行業(yè)用戶的歡迎，特別是在連鑄生產(chǎn)中有了廣泛的應(yīng)用。 宣化鋼鐵公司煉鋼廠新建的4號(hào)、5號(hào)連鑄機(jī)于2002年、2003年相繼投產(chǎn)，兩臺(tái)連鑄機(jī)機(jī)型一致，均為8m弧形，六機(jī)六流，考慮到現(xiàn)代高效連鑄生產(chǎn)線對(duì)電氣傳動(dòng)控制的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及可靠性都有很高的要求，因此決定連鑄機(jī)主生產(chǎn)線的傳動(dòng)系統(tǒng)全部采用基于變頻器的交流驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)與各種常見(jiàn)品牌的變頻器比較，A-B變頻器中的1336 PLUS II系列變頻器具有通用性強(qiáng)、保護(hù)功能完善、可靠性高、性價(jià)比出色等特點(diǎn)，同時(shí)在通信功能、智能控制、工作效率、使用方便等方面也很優(yōu)勢(shì)，所以我們決定使用1336 PLUS II系列變頻器作為傳動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器。 2．系統(tǒng)組成 兩臺(tái)連鑄機(jī)的三電系統(tǒng)配置基本相同，控制核心采用了七套羅克威爾公司最新一代的ControlLogix PLC六套鑄流PLC與公用PLC、各操作臺(tái)、接線箱內(nèi)的Flex I/O以及五臺(tái)作為人機(jī)界面的操作站通過(guò)ControlNet網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)各鑄流設(shè)備與公用設(shè)備的操作、聯(lián)鎖，同時(shí)收集各類信息，并向操作站提供，通過(guò)畫(huà)面實(shí)現(xiàn)狀態(tài)顯示、設(shè)備操作、故障記錄、報(bào)表打印等功能。每套PLC的框架均安裝有1756-DHRIO模塊，用于組建連接變頻器的Remote I/O網(wǎng)，所有變頻器通過(guò)加裝1203-GD1或1336-GM1型Remote I/O適配器，按所屬工藝部分通過(guò)Remote I/O網(wǎng)接入相應(yīng)PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)字控制。 連鑄機(jī)三電系統(tǒng)的管理級(jí)、控制級(jí)、設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)分別采用了羅克威爾公司的三種工業(yè)專用通訊網(wǎng)絡(luò)：EtherNet網(wǎng)、ControlNet網(wǎng)和Remote I/O網(wǎng)。所有主生產(chǎn)線傳動(dòng)設(shè)備全部采用了變頻器驅(qū)動(dòng)，連鑄機(jī)從鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)直至橫向移鋼車等機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)中共使用了90多臺(tái)變頻器，功率范圍從0.75KW到45KW。PLC、變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均是采用A-B產(chǎn)品，這樣整個(gè)控制、電氣系統(tǒng)由同一家公司的產(chǎn)品構(gòu)成，組建網(wǎng)絡(luò)容易，使用靈活方便，可靠性也得到提高。 3．工作原理 所有1336 PLUS II變頻器通過(guò)其內(nèi)置的SCANport通訊接口聯(lián)接Remote I/O通訊適配器，直接掛在由七個(gè)1756-DHRIO模塊組建的七個(gè)Remote I/O網(wǎng)絡(luò)上，構(gòu)成了基于Remote I/O網(wǎng)絡(luò)的傳動(dòng)系統(tǒng)。綜合考慮Remote I/O網(wǎng)絡(luò)的連接距離和系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，采用115.2Kbps的通訊速率。 Remote I/O網(wǎng)工作在掃描器方式下，PLC處理器（1756-L55M12）通過(guò)1756-DHRIO模塊和遠(yuǎn)程I/O適配器建立串行通訊鏈。變頻器的SCANport接口是一種現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)備接口，為Remote I/O網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供直接、數(shù)字的通訊鏈路，系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)PLC的I/O標(biāo)簽，利用SCANport接口建立輸入、輸出各八個(gè)Datalink。對(duì)PLC而言，每臺(tái)變頻器被看作是一個(gè)安裝有I/O模塊的遠(yuǎn)程框架，只需要對(duì)這些模塊進(jìn)行讀寫(xiě)，就可以向與其相連的變頻器發(fā)送命令，控制設(shè)備的運(yùn)行；又可從變頻器讀取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到PLC中。通過(guò)RSView32制作的畫(huà)面就可以在主控室的操作站顯示器上，為操作人員提供了實(shí)時(shí)、詳細(xì)的信息，并可以直接操作設(shè)備，甚至在變頻器發(fā)出報(bào)警，甚至出現(xiàn)故障時(shí)，可以及時(shí)復(fù)位變頻器來(lái)避免因處理不及時(shí)而導(dǎo)致事故發(fā)生。連鑄機(jī)的電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)設(shè)備的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)控制，使PLC對(duì)變頻器的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字式控制，以一條通訊電纜取代了大量的硬接線，與傳統(tǒng)的模擬量、開(kāi)關(guān)量控制方法相比，不僅大大提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、精確性和可靠性，而且安裝、調(diào)試、維護(hù)的成本也相應(yīng)得到降低。 4．安裝調(diào)試要點(diǎn) 一般情況下，變頻器安裝、調(diào)試時(shí)不需特別注意，即可正常工作。但為保證變頻器的安全可靠工作，同時(shí)減少諧波對(duì)PLC、儀表系統(tǒng)，特別是模擬量信號(hào)的干擾，變頻器的主回路、控制回路必須按照要求連接相關(guān)設(shè)備。變頻器進(jìn)線側(cè)要安裝有斷路器、進(jìn)線電抗器、接觸器，電機(jī)電纜地線與變頻器接地端子直接相聯(lián)并保證接地連接可靠，變頻器的PWM載波頻率基本上采用默認(rèn)值（2-4KHz），一般不必加大。電機(jī)采用普通動(dòng)力電纜即可，在電機(jī)距離變頻器較遠(yuǎn)時(shí)，要使用屏蔽電纜或鎧裝電纜。 變頻器驅(qū)動(dòng)單臺(tái)電機(jī)，出線側(cè)可直接連接電機(jī)，驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)則需經(jīng)過(guò)各自的熱繼電器連接電機(jī)，以避免因電流分配不均而影響電機(jī)的安全。拉矯機(jī)變頻器還安裝有制動(dòng)單元，以吸收再生能量，平穩(wěn)母線電壓。對(duì)極為重要的設(shè)備，例如鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)，還安裝有旁路接觸器和備用操作回路。 為使變頻器充分發(fā)揮作用，最好根據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)設(shè)置好電機(jī)參數(shù)。如果對(duì)電機(jī)控制有嚴(yán)格要求，就要設(shè)置產(chǎn)生空載磁通所需的實(shí)際電流和補(bǔ)償定子壓降所需的實(shí)際電壓，以獲得最佳的控制效果。雖然多數(shù)情況下，電機(jī)銘牌并不提供這些數(shù)據(jù)，但可以通過(guò)變頻器內(nèi)置的整定過(guò)程來(lái)精確計(jì)算這些數(shù)值。 5．特殊應(yīng)用 1336 PLUS II變頻器除可用于驅(qū)動(dòng)一般的傳動(dòng)設(shè)備外，它的無(wú)速度傳感器矢量控制方式使得它還可以應(yīng)用到一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，例如在交變負(fù)載、大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、快速加減速、強(qiáng)烈沖擊負(fù)載、高運(yùn)行轉(zhuǎn)矩、快速響應(yīng)等情況下，均能通過(guò)適當(dāng)調(diào)整變頻器參數(shù)加以解決。 在連鑄機(jī)的不同部位，既有在普通條件下運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備，如輥道、切割車、水泵，也有一些機(jī)械設(shè)備對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有著特殊要求，需要對(duì)變頻器功能正確利用。下面就對(duì)一些此類設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。 5．1 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái) 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)是連鑄機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一，起著連接上下兩道工序的重要作用。鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)情況基本上包括兩側(cè)無(wú)鋼包、單側(cè)有鋼包、兩側(cè)有鋼包三種情況，而單個(gè)鋼包重量已超過(guò)140噸。三種情況下，鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)受力有很大不同，但無(wú)論在何種情況下，都要保證鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)確，起停時(shí)要盡可能減小對(duì)機(jī)械部分的沖擊，為減少中間包液面波動(dòng)和溫降，要縮短旋轉(zhuǎn)時(shí)間。因此，我們?cè)谧冾l器的容量選擇上，留有余地，即比電機(jī)功率加大一級(jí)。同時(shí)利用變頻器的s曲線加速功能，通過(guò)調(diào)整s曲線保證加、減速曲線平滑快速，減少對(duì)減速機(jī)的沖擊，再通過(guò)PLC判斷變速限位、停止限位實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中高、低速自動(dòng)變換及到位停車，同時(shí)滿足了對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)間和平穩(wěn)運(yùn)行的要求。 5．2 結(jié)晶器 結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心設(shè)備之一，直接關(guān)系到連鑄坯的質(zhì)量。結(jié)晶器的振動(dòng)頻率要求準(zhǔn)確，并根據(jù)拉坯速度自動(dòng)調(diào)整，在高振頻時(shí)，由于電機(jī)負(fù)載率上升，轉(zhuǎn)差率增加，導(dǎo)致振動(dòng)頻率有所降低，而為了保證振動(dòng)頻率的精確，需要打開(kāi)變頻器的轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制，在負(fù)載增加時(shí)，使變頻器自動(dòng)增加輸出頻率以提供在沒(méi)有速度降低情況下所需要的電機(jī)轉(zhuǎn)差率，補(bǔ)償量正比于負(fù)載的增加量，并在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)都起作用。 另外，結(jié)晶器的振動(dòng)是由電機(jī)帶動(dòng)偏心機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此表現(xiàn)為輸出電流及母線電壓呈現(xiàn)周期性震蕩，在振動(dòng)頻率較高時(shí)有引起母線過(guò)電壓故障的可能，通過(guò)允許變頻器的母線調(diào)節(jié)功能，使變頻器會(huì)基于直流母線電壓自動(dòng)調(diào)整輸出頻率，監(jiān)測(cè)到母線電壓瞬時(shí)升高時(shí)變頻器會(huì)適當(dāng)增加輸出頻率以減小引起母線電壓升高的再生能量，這樣做降低了出現(xiàn)變頻器過(guò)壓故障的可能性。 5．3 拉矯機(jī) 在連鑄工藝中，連鑄機(jī)拉坯輥速度控制是連鑄機(jī)的三大關(guān)鍵技術(shù)之一，拉坯速度控制水平直接影響連鑄坯的產(chǎn)量和質(zhì)量，而拉坯輥電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的性能又在其中發(fā)揮著重要作用。交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)日益成熟，交流變頻驅(qū)動(dòng)調(diào)速平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬，對(duì)機(jī)械沖擊低，交流電機(jī)維護(hù)量低，交流變頻調(diào)速已取代直流調(diào)速，完全能夠滿足拉坯輥速度控制的需要。 4、5號(hào)連鑄機(jī)的拉矯機(jī)為五輥雙機(jī)架三驅(qū)動(dòng)，上拉坯輥、下拉坯輥、矯直輥由三臺(tái)同型號(hào)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，完成引錠桿的上下傳送運(yùn)行和連鑄坯牽引，三臺(tái)電機(jī)必須保持同步，與一般的同步要求不同的是要保證三個(gè)輥面的線速度相同，而不是三臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，以避免出現(xiàn)負(fù)載分配不均引起母線過(guò)壓、欠壓、過(guò)載故障。 三臺(tái)變頻器接受相同的速度指令，按照同一頻率運(yùn)行，但由于三輥處于一個(gè)半徑8m的圓弧段的不同位置上，若要保持三個(gè)輥面的線速度相同，則三臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)際應(yīng)有輕微差別，加上三臺(tái)電機(jī)的參數(shù)不可能完全相同，這就造成了三臺(tái)電機(jī)同步的困難。如果打開(kāi)母線調(diào)節(jié)功能，雖然可以在一定程度上避免由于不同步造成的母線電壓升高，但會(huì)造成電機(jī)轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定，從而使拉速值波動(dòng)，進(jìn)一步影響到結(jié)晶器鋼水液面和二冷配水的穩(wěn)定，甚至有造成事故的危險(xiǎn)。為此，我們利用變頻器內(nèi)置的PI控制功能，使三臺(tái)電機(jī)構(gòu)成主從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即以上拉坯電機(jī)作為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，工作在速度調(diào)節(jié)方式，下拉坯電機(jī)和矯直電機(jī)作為從動(dòng)電機(jī)，工作在帶有速度修正的速度調(diào)節(jié)方式下，通過(guò)比較主從電機(jī)的力矩電流產(chǎn)生偏差信號(hào)，從而修正從動(dòng)電機(jī)的速度。變頻器間的力矩電流信號(hào)傳送可以通過(guò)變頻器內(nèi)置的模擬量輸入、輸出通道來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需另外添加硬件。這種方法構(gòu)成的主從驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，完全利用變頻器內(nèi)置功能實(shí)現(xiàn)，可以連續(xù)自動(dòng)完成速度修正，應(yīng)用在多輥傳動(dòng)的拉矯機(jī)上效果非常理想。 5．4 移鋼車 移鋼車用來(lái)推動(dòng)鑄坯進(jìn)入步進(jìn)冷床，由于多根鑄坯與軌道之間的摩擦較大，因而移鋼車要有足夠的推力，為滿足快節(jié)奏的生產(chǎn)需要，移鋼車還要保持較高的行走速度，以滿足工藝對(duì)時(shí)間的要求，而空間的限制又使得移鋼車必須在很短的距離內(nèi)進(jìn)行制動(dòng)，以免與橫梁發(fā)生碰撞，損壞設(shè)備。為達(dá)到以上要求，通過(guò)適度增加啟動(dòng)力矩，行程中PLC根據(jù)人員操作和接近開(kāi)關(guān)判斷移鋼車運(yùn)行方向、所在位置，及時(shí)改變變頻器速度，制動(dòng)時(shí)打開(kāi)直流制動(dòng)功能以配合抱閘，充分滿足了工藝要求，保護(hù)了設(shè)備，同時(shí)避免了變頻器出現(xiàn)報(bào)警、故障。 5．5 增壓泵 增壓泵用來(lái)為二次冷卻水加壓，使水壓穩(wěn)定在設(shè)定值，以保證調(diào)節(jié)閥能夠穩(wěn)定的調(diào)節(jié)二次冷卻水量，冷卻鑄坯。這可以通過(guò)變頻器的內(nèi)置的PI控制功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，增壓泵功率較高，并且?guī)缀跏?4小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，有較大的節(jié)能潛力，配合變頻器的自動(dòng)節(jié)能功能，在空載或輕載時(shí)，變頻器將自動(dòng)降低其輸出給電動(dòng)機(jī)的電壓，以減少電機(jī)空載時(shí)的勵(lì)磁電流，從而減少了電能的消耗。 6．實(shí)際運(yùn)行情況 自連鑄機(jī)投產(chǎn)以來(lái)，1336 PLUS II變頻器在連鑄機(jī)的各類傳動(dòng)設(shè)備上表現(xiàn)良好，充分滿足了生產(chǎn)工藝和機(jī)械設(shè)備的要求，它的優(yōu)良性能和極高可靠性在連鑄生產(chǎn)中得到了充分發(fā)揮，1336 PLUS II變頻器為宣鋼4、5號(hào)連鑄機(jī)的按時(shí)投產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)，生產(chǎn)出質(zhì)量合格的連鑄坯，發(fā)揮了不可替代的作用。 |
