转炉倾动控制系统故障分析与改造.doc

转炉倾动控制系统故障分析与改造【摘 要】本文对热轧板公司180吨转炉自投产后倾动控制系统在生产过程中出现的倾动操作台权限选择失败、倾动速度给定异常以及变频器分闸三方面的故障现象进行了分析，对其程序、及相应的控制方式进行了改进，降低了设备的故障发生率，控制系统运行相对比较稳定。【关键词】变频调速装置 同步控制 SIMOLINK光纤网 主令控制器 操作权限1.前言天铁热板有限公司180吨转炉自试车成功后，经常出现现场主操作台权限选择失败以及在倾动运行过程中速度不稳定及变频器故障分闸的现象，严重影响了生产节奏。为此我们专门对此问题进行了深入的分析及探讨，采取了及时有效的措施，故障现象已经得到解决。2.转炉倾动控制系统的基本特点2.1 4台电动机同步启动、制动及同步运行。当转炉正在出钢、出渣时,交流电源系统发生停电故障,此时利用UPS电源将4台制动器打开,转炉依靠自重复位, 转炉处于安全位置。转炉为全正力矩设计,即在整个工作倾动角度内由0士180方向倾动均为正力矩。2.2 在高速范围内，可以给定最高速度（1.1r/min）以下的任何速度，转炉将按给定速度运行，一旦进入低速区，炉体应减速，在低速区如果给定的速度高于低速限定值，转炉也仍以低速最高限定值0.3r/min运行，直到进入高速区炉体自动升速，以当前给定速度运行。2.3 为防止电动机突然启动对设备的冲击,转炉开始倾动时电动机转速应从零开始逐渐加速,从零到正常速度的加速时间是4S。由于制动器制动力矩较大,为了防止制动时对设备的冲击,转炉制动时应先通过能耗制动将电动机减速,当转炉倾动速度接近零时,制动器失电制动,制动时间为4S。2.4 由于机械惯性巨大，因此，转炉倾动电机的制动器要在倾动速度为额定转速的5投入制动器。变频器将检测转炉倾动速度，在有停止指令且倾动速度为额定转速的5时，经PLC控制投入制动器。2.5 当一台电动机发生故障，而转炉正处于吹炼状态，可以由剩余3台电动机运行维持该炉钢炼完。当转炉正在出钢、出渣时，电源系统发生停电故障，此时非常复归功能利用UPS电源将4台制动器打开，转炉依靠自重复位，使转炉处于安全位置。3.转炉倾动的控制模式转炉共设四个操作地点，分别为：转炉主控室操作（CRT及紧急操作台）、炉前加料操作台（加料），炉右侧前操作台（出渣）、炉右侧后操作台（出钢），后三者为现场操作台，均采用主令控制器操作，主控室紧急操作台上设紧急停止按钮。3.1 控制模式的特点(1) 现场具有优先操作权，现场操作台上设置操作权选择开关。(2) HMI画面上有本地/他地选择按钮，用于进行权限选择。(3) 控制转炉倾动，同时只允许一个操作点具有操作权。(4) 设备运行中，不能进行操作地点选择。3.2 控制模式权限选择过程中出现的问题及处理办法由于现场操作台权限的选择是通过现场操作台上的本地/他地选择开关完成的，但在实际运行过程中，时而发生权限选择失败的情况，虽然在维护生产过程中我们做到了定时、定期对现场操作开关及按钮进行检查和更换，但由于现场环境灰尘比较多，现场操作权限选择失败的现象还是时有发生，针对这一现状我们提出了改造方案。3.2.1 HMI画面改进过程取消现场操作台权限选择开关，保留本地权限指示灯。权限选择的过程通过HMI画面来完成，将HMI画面权限选择模式进行改造。HMI画面上原有本地/他地按钮，被选择后由原来的灰色变为绿色。选择权限的过程中只有三个他地一个本地信号的情况下，相应的本地权限才算选择成功。改造后将本地选择按钮设有下拉菜单，可以进行炉前加料操作台(加料)，炉右侧前操作台(出渣)、炉右侧后操作台(出钢)三地操作权限的选择，选择后在转炉HMI画面上显示，同时现场相应操作台的权限指示灯亮，以便于室内操作人员及现场操作人员进行权限的确认。3.2.2 PLC程序的改进同时也将权限选择的PLC程序进行相应地改造，在原有程序的基础上增加了HMI操作的程序，经过这样的改造后，没有再次发生权限选择失败的现象。增加的主要程序见图1。M2011.1=1画面选择操作台权限被选中图1 HMI上选择由画面选择操作权限程序4.转炉倾动速度控制过程4.1 转炉倾动同步控制原理转炉倾动有高低速区分，速度控制采用西门子交流装置控制实现，每台电动机的测速发电机上有一个编码器，分别将每个电动机速度送给相应调速装置，操作时需首先在倾动控制柜选择投入电机、在CRT上设置主从电动机，只有1和2电机可以设置为主电机，设定主电机后调速装置将根据主电动机数据做闭环速度控制，其它从电动机将跟随主电动机调整，以平衡力矩，在各调速柜和PLC之间通过PROFIBUSDP网络进行通讯，实现变频器与PLC之间数据、状态的及时传递。四套变频装置分成主从关系，各倾动交流变频装置通过SIMOLINK光纤环网实现控制的同步，每个交流电机采用有传感器的矢量控制方式，对转炉这种大惯性的负载实现精确且较快速的控制。系统调节原理图见图2。图2 传动系统控制结构图4.2 倾动过程中变频器出现的问题及处理方法转炉在倾动过程中出现了几次分闸现象，变频器报O008,但是HMI画面没有显示报警信息，检查变频器急停接线没有任何问题，最后认为是变频器监测到了闪断的急停信号所致，同时将四台变频器参数P555置1,这样变频器就不再感应外部急停信号，以后急停信号只发送给PLC，通过PLC进行急停分闸，通过这样的改进后这种故障得以解除，保证了设备的稳定运行。4.3 倾动控制的速度给定过程4.3.1 操作转炉之前，转炉操作工必须先选择操作台权限，并且已经对转炉合上闸。当转炉启动条件满足时，操作工按下各操作台的“倾动允许”按钮，启动预励磁信号，同时对变频器解封（start置为1）。如果操作工再10分钟之内，启动转炉主令，此时PLC先给定先给2.28HZ速度，让电机先得到一个牵制力，防止电机未完全启动就打开包闸，导致转炉点头现象发生。当收到各变频器预励磁结束（即变频器检测到一定力矩，此信号由变频器发出）信号后80毫秒时再打开报闸。报闸打开后转炉进入变速区域，速度取决于主令挡位和程序限速区域：速度0为0HZ，速度一为5HZ区域、速度二为7.6HZ区域、速度三为15.2HZ区域、速度四为27.5HZ区域、速度五为30.5HZ区域、程序限速区域为：向出钢侧方向如果进入-66度或-25-35度，向出渣侧方向如果进入-66度或6575 度内，速度为3.66HZ。进入停止区域位0HZ（-30度、正负1度、70度），如果进入停止区域想继续动炉子，操作工必须按下操作台的“连锁解除”按钮，才能继续动炉。限速区域和停止区域用于出钢前或出渣前炉子必须停一下，防止洒钢或翻渣事故发生。4.3.2 平时转炉主令控制器在零位，当摇炉时，主令离开零位，首先方向挡位闭合，接着速度挡位才能闭合。程序给出速度后，必须判断出非零位、方向挡位和某个速度挡位信号，否则不能动炉。如果进入高速区域，只须有相应的速度挡位信号（速度四和速度五）。4.3.3 速度给定过程中出现的问题及处理办法在一次摇炉的过程中突然炉子运行速度加快，造成了炉子窜动和溜炉的现象，经过监控曲线检查是由于主令控制器二挡信号及三挡信号的突然消失所造成。分析事故的原因：首先是由于主令的辅助触点的损坏造成，另外速度的控制程序的连锁条件存在缺陷。为避免类似现象的再次发生，首先将高速档（速度四、速度五）程序的连锁条件进行改造，在设计时这两挡速度给定的连锁条件中，只串连了零位解封信号点、及方向挡信号点，这样如果低挡速度信号丢失的情况下，而高挡位信号正常，炉子就会直接以高挡速度运行，这样容易造成倾动事故的发生。现特将四挡速度的PLC连锁条件中串上解封点、方向点、一挡、二挡、三挡五个连锁点;将五挡速度点的PLC连锁条件中串上解封点、方向点、一挡、二挡、三挡、四挡六个点，以保证在低速挡位信号点故障时，炉子不会直接以高速运行，避免事故的发生。改造后四挡速度及五挡速度的程序(以五挡正转的速度为例)见图3。图3 五挡正转速度给定程序4.4 改进效果 经过变频器及PLC程序的改进后，转炉的倾动控制系统运行良好，提高了设备运行的稳定性，但由于主令控制器辅助触点的磨损及主令控制器机械滚珠