转炉倾动控制系统的研制与应用.doc

公司各单位：西创公司批准立项项目为：编 号项 目 名 称责任单位参加单位备注2010-020立卧两用卷板用电磁盘的研制电气公司变压器转结2010-021新型磁阀式高压软启动装置开发电气公司自动化转结2011-017HBSSPZ-25000/35钢包精炼炉变压器的研制电气公司变压器2011-018转炉倾动控制系统的研制与应用电气公司自动化2011-019159高压无功补偿装置的研制电气公司自动化2011-020炼钢厂五号连铸机新型节能电磁搅拌器的研制电气公司电磁部2011-021串形联接二分裂变压器的研制电气公司变压器2011-022矿用隔爆电机修理技术研究电气公司电机2011-023进口超大功率高压电机的大修工艺技术研究电气公司电机涉及本部门立项的单位，请认真填写科研项目任务书一式两份，用A4纸编辑、打印，于6月18日之前将打印件及电子文档一并报送公司生产经营部。附件：包钢西北创业公司科研项目任务书二一一年六月十四日附件： 编号 包钢西北创业公司科研项目任务书项 目 名 称： 转炉倾动控制系统的研制与应用承 担 单 位： 电气公司 项目负责人： 林刚 吕琳 王瑜 参 加 单 位： 自动化 年 月 日 填 报 说 明1、编号由公司主管部门填写，其他内容由项目承担单位编写。2、项目的目的、意义：本项目对推动科技进步、改进工艺、改善质量、产品创新、提高效益等的作用和需要程度。3、国内外发展现状：重点阐述国内外目前水平及研究、应用简况。4、研究内容、目标：内容要求重点突出，技术关键、技术经济指标或工艺技术参数明确。5、实施方案、技术路线：项目研究步骤、技术措施。6、任务分解、计划进度：项目内容分解、任务分工，实施进度要求。注：表格不够可以自行调整。目 录1、项目组主要成员- 1 页2、目的、意义及国内外发展现状- 2 页3、研究内容、目标- 3 页4、实施方案、技术路线- 3-6 页5、经济效益、社会效益分析- 6页6、实施条件、经费预算- 6-7页7、项目内容分解、任务分工、计划进度- 8 页8、项目申报、审核意见- 9页一、项 目 组 主 要 成 员姓 名单 位专 业职务、职称电 话林刚电气公司自动化高级工程琳电气公司自动化高级工程瑜电气公司自动化助理工程建峰电气公司自动化高级技岩电气公司自动化技景红电气公司自动化工程斌电气公司自动化助理工程志强电气公司自动化技曙明电气公司自动化技星电气公司自动化技、目的、意义及国内外发展现状中国作为世界第一钢铁生产大国，每年的钢产量已经突破亿吨。根据目前社会发展的需要，转炉的吨位也从最初的10吨、30吨，到当今的几百吨。转炉倾动系统是转炉炼钢的核心冶金设备，一套稳定性、安全性、可靠性高转炉倾动系统对炼钢产品质量和生产安全等各个环节有着重大的影响。随着电气传动技术的发展，在各个时期有不同的配置。最初是一套直流装置拖动四台直流电机，但直流电机维护量大、价格贵，故障率较高。当交流变频调速技术发展成熟以后，使用交流系统替代直流系统不但成为可能，而且显示出许多优势。主要是交流电动机结构简单维护量少，投资较省。本设计采用交流调速系统。 在交流调速系统的控制部分出现主从控制功能之前，转炉倾动传动系统还是采用所谓的“一拖四”方案，即一台变频器拖动四台交流电动机，随着信息化技术的发展，电子计算机和全数字化在变频器中得到了进一步的推广和应用，世界上各大公司在变频器上都开发出了主从控制功能，现在，大多数的控制系统方案，皆采用如直流系统一样的“一拖一”方式。三、研究内容、目标1.研究制造出控制精度高控制性能好，以满足转炉倾动系统的要求。2.研究变频器主从系统的设计方法和工程实践，对整个系统的功能进行优化设计。3. 研究交流闭环拖动系统的设计方法和工程实践，对整个系统的功能进行优化设计。4. 研究直接转矩控制系统的设计方法和工程实践，对整个系统的功能进行优化设计。四、实施方案和技术路线1.交流拖动方案设计思路在转炉传动变频控制系统中，4台变频器通过光纤连接，构成主从应用工作组，工作时其中一台设为主传动工作方式，另三台工作在从传动方式，从传动变频器以速度力矩工作方式工作，主变频器速度由上位机PLC系统通过变频器IO口给定，主变频器通过光纤环网向从机发送运行信息，内容包括主机转速、转矩及开关状态等，从机通过主从应用宏自动实现与主传动的速度力矩跟踪和力矩准确分配，直接用软件实现了多电机传动中速度同步和力矩分配。由于通信是采用光纤环网实现的，数据刷新时间为1ms，最大延迟时间为4ms，如此高的通信速度足以保证主从机之间的速度及负载的一致性，具有极好的实时性、高可靠性和抗干扰能力，速度跟踪精度误差低于03s，主从应用的通讯时间即使在1主10从的应用情况下也不超过4ms。这是其他传动系统所不具备的。系统正常运行时，上位PLC系统通过现场总线与变频器正常通讯，实现控制和现场数据采集，当因某种原因引起某台从变频器或电机故障时，故障变频器自动停止工作，另外三台变频器继续工作，主变频器控制负载在这三台变频器之间平均分配；当主变频器或电机出现故障时，主变频器停止工作，并发出故障信号，由上位PLC系统起动故障处理程序，通过变频器I/O端口，设置另外一台变频器为主传动，组成新的主从工作组，按主从方式继续工作，新的主变频器负责速度控制和负载分配。整个转换过程在2秒钟以内完成。2.直接转矩控制系统特点实际应用表明，采用直接转矩控制系统的异步电动机变频调速系统，电机磁场接近圆形，谐波小，损耗低，噪声及温升均比一般逆变器驱动的电机小得多。直接转矩控制系统的主要特点主要有： 1)、直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电机的数字模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机与直流电动机进行比较、等效、转化；既不需要模仿直流电动机的控制，也不需要简化交流电动机的数学模型，省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算，因此，它需要的信号处理工作比较简单，所用的控制信号易于观察者对交流电动机的物理过程做出直接和明确的判断。 2)、直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它测出来。而矢量控制的磁场定向所需要的是转子磁链轴，观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。因此，直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。 3)、直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电机机的数学模型和控制各物理量，使问题变得简单明了。 4)、直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。3.用编码器实现准确位置控制为了监控转炉的倾动位置实现准确定位，系统只在转炉主轴上安装有一只光栅编码器，该信号直接传送到后台PLC系统，通过PLC来计算、转换，判断电机的旋转方向和旋转角度，当倾动角超过设定最大角度值时，PLC会发出报警和停车信号，变频器启动所有应急程序，保证系统的安全。而倾动电机则无须配置编码器，原因是变频器通过光纤环进行通信，而ACS800变频器的DTC控制方式已完全满足转炉电机的转速控制精度。 4.负荷平衡措施我们知道，对于多台电机同轴驱动的情况，负荷平衡是一个控制难点，主要是因为信号传递和设备参数不对称性造成的。采用直流电机驱动时，解决的办法是电枢串联供电，并分别在每台的励磁回路中串电阻进行微调。对于交流电机而言，参数的分散性更大，负荷平衡问题更难处理。针对这类问题，ACS800变频器专门开发了主/从控制功能，解决了负荷平衡问题。 主/从控制是专门为多机传动应用而设计的，在几台变频器当中，设置某一台为主机，其他为从机，主机以广播的方式向从机发送指令，并跟踪检查从机的状态，以实现协调控制。一个主机最多可带10个从机。采用主/从控制，必须增加专用传动单元（RDCO板），该单元负责信息的传递和运算，主/从控制信号是采用光纤环行连接，以总线方式通讯。由于是低速轴刚性连接，故主变频器设定为速度控制，从变频器设定为转矩控制，以保证各变频器的负荷平衡。五、 经济效益、社会效益分析一套稳定性、安全性、可靠性高转炉倾动系统对炼钢车间是必不可少的，它影响着整个炼钢厂的经济效益。六、实施条件、经费预算实施条件1. 掌握转炉系统工艺流程2. 掌握直接转矩控制原理3. 掌握变频器主从控制理论经费预算1.科研经费5万元2.材料经费15万元3.调试经费5万元七、项目内容分解、任务分工、计划进度序号分项名称内容、目标实施方案技术路