西门子标准变频器在高炉卷扬上料系统中的应用

摘要:本文主要介绍应用西门子MicroMaster 440标准变频器在高炉卷扬上料系统中的应用。首先对高炉上料主卷扬系统的组成结构和拖动系统的运行进行了详细分析。其次，确定了MM440标准变频器作为上料主卷扬的电力传动方式，并对控制系统的构成及相应设备的设计方案进行介绍。最后，按照控制要求进行具体的设计，相关功能的实现和具体参数的设定。高炉上料系统利用现代计算机技术将PLC系统与变频器系统紧密结合在一起，实现PLC与变频器控制的统一，解决了因卷扬控制系统不稳定而造成的休风、停产问题。提高了卷扬上料系统的稳定性，降低了上料系统的故障率。标准型变频器的灵活应用，成为高炉实现稳产、高产的基础。
一．引言
随着我国现代化进程的不断加快，在各个领域的发展过程中对钢铁需求的数量与质量与日俱增。我国的钢铁生产工艺正向数字化的高新技术方向发展。作为整个钢铁生产中的重要环节，高炉炼铁工艺中高新技术的应用尤为重要。其技术指标如何，对整个钢铁工艺流程有着直接和显著的影响。其中又以高炉上料主卷扬系统为整个高炉的核心设备，负责原料的输送。对卷扬系统采用高新技术进行合理控制与优化便成为现代钢铁工艺中的一个重要课题。本次卷扬系统的设计是以MM440标准型变频器作为传动部分的核心控制部件，并与主控PLC自动化系统紧密结合使用，从而达到了系统的稳定性与操控灵活性的完善结合。
二．系统介绍
接下来对此次工程的控制主体，卷扬上料主系统进行简要的介绍。此次承接项目高炉容积为750m3，属于中小型高炉，采用斜桥式料车上料系统。斜桥式料车上料机主要由斜桥、料车、卷扬电机三部分组成。
料车在斜桥上的运动分为起动、加速、稳定运行、减速、倾翻和制动六个阶段。在整个过程中包括两次加速和两次减速，即第一次加速点、第二次加速点的高速给定值使料车加速；第一次减速点、第二次减速点的低速给定值使料车减速。
料车提升一次所需时间与料车的运动速度和加速度有关，其变化曲线为图2.1所示。

（1）t1时间内：料车起动，重料车开始上行，同时空料车自炉顶极限位置下行。此时，钢绳自卷筒退出的加速度不应超过料车的加速度，以免产生钢绳松弛现象。此段时间对应于斜桥的A区域，由于此处轨道较陡，在给定值相同的情况下加速度α1只为0.2～0.4m/s2，以较低的加速度加速运行。
（2）t2时间内：重料车继续上行，通过A区域，进入了斜桥的B区域，此处轨道倾角比A区域小，则加速度α2会变大升至0.4～0.8m/s2。料车以较高加速度加速到最大速度υ。
（3）t3时间内：料车以最大速度υ稳定运行。
（4）t4时间内：重料车进入卸料曲轨道之前的第一次减速时间，加速度α4=-0.4～0.8m/s2。如图2.5所示，在第一次减速点，取消之前的卷扬电机高速给定，转而给卷扬电机接入低速给定值，通过电机的回馈制动使料车减速至υp。
（5）t5为重料车在卸料曲轨段等速走行时间，速度υp=1m/s左右。
（6）t6为重料车第二次减速到停车的时间，一般加速度α6=-0.4～0.8m/s2。如图2.5所示，在第二次减速点，要将此时的速度与预先的给定值进行比较。如果速度降低到预期之内则可进行第二次减速；如果此时速度过大，超过了预期值则要通过调速器进行报警。
料车式上料机的工作特点为：
工作过程中，两个料车交替上料，当装满炉料的料车上升时，空料车下行，空车重量相当于一个平衡锤，平衡了重料车的车箱自重。这样，当上行或下行二个料车用一个卷扬机拖动时，不但节省了拖动电机功率，而且，电机运转时，总有一个重料车上行，没有空行程。从而，使得电动机总是处于电动状态运行，免去了电动机处于发电运行状态所带来的种种问题。
三．控制系统构成
根据厂家要求，主卷扬上料系统必须独立于主系统而自成一套独立系统，并通过以太网与主PLC系统通讯，从而实现网络控制与数据时时传输。电气传动装置选择的是西门子标准型变频器6SE64402UD420GA1两台，为一备一用状态，可以通过转换开关来时时切换两台装置，保证了运行的可靠性。变频器电压等级为380V，功率为200KW。由于考虑到卷扬系统为大惯量位能性负载特性，配置了制动单元与制动电阻，以保证料车停车过程中能量的回馈不会造成直流母线电压升高从而造成故障。制动单元为6SE70327EB872DA0，制动电阻为6SE70327ES872DC0，配合使用峰值制动功率可达到255KW,可以满足传动系统的制动要求。由于采用矢量控制方式需要速度反馈值，变频器选装了脉冲编码器模块6SE64000EN000AA0，将电机侧编码器反馈回的信号经由此模块转换传送给变频器。传动逻辑控制的PLC为西门子200系列PLC，主机为CPU226，配扩展I/O模块，及EM243-1以太网通讯模块与上级PLC系统通讯。
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