西门子工程型变频器在济钢第三炼钢厂副枪中的应用

1、西门子工程型变频器在济钢第三炼钢厂副枪中的应用西门子工程型变频器在济钢第三炼钢厂副枪中的应用本文简要介绍了济钢第三炼钢厂副枪工艺过程以及控制系统的构成,结台西门子工程型变频器在副枪起升机构的应用,详细分析了西门子工程型变频器的控制特点以及西门子变频器抱闸控制的优点,可为国内位能型负载的备用控制系统,抱闸控制的设计,应用提供参考.济钢集团第三炼钢厂马骏l引言济钢三炼钢工程是济钢集团做强做大的重点工程,三炼钢工程是一个现代化程度很高的庞大工程,汇集了国内外最为先进的技术设备.在转炉冶炼工艺中,第三炼钢厂应用了达涅利一康乐斯公司的副枪技术和sDM技术.利用这两项技术,能够实现转炉静,动态炼钢,可以提

2、高转炉冶炼终点命中率,降低成本,提高产品质量.2副枪工艺功能要求2.1副枪工艺过程副枪设备的设计可靠,为转炉提供了一个有效的工具,使其能在不间断吹炼的情况下在转炉的垂直位置进行熔池温度的测量及取样副枪设备从加热的探头存放箱中取出选定探头,自动连接到副枪的顶端并移到转炉上方.打开烟罩上一专用人口,将探头降低入熔池中.根据所用探头的类型,热电偶和测氧单元发出信号,几秒钟之后提升探头并在转炉平台上自动将探头取下,取出试样送化验室分析.所发出的信号经处理,将给操作工有价值的数据.副枪可使用各种探头,如:TSC探头(用于温度,取样,定碳)TSO探头(用于测温,取样,定氧)以及T探头(仅用于测温).TSC

3、探头用于吹炼中测量tTSO探头用于终点吹炼测量;而T探头仅用于当操作工只需要温度参数的情况,如:当钢水不能直接出钢,需在转炉中等待较长时间时.现代的炼钢过程中依靠副枪测量来调节吹氧量和转炉溶剂添加量.动态控制模型和精确的副枪数据使"快速出钢"得以实现,另外这种操作的成功与否完全取决于"吹炼中期测量"所得数据的可靠度.2.2副枪系统的主要功能副枪控制系统在转炉工艺过程中主要有以下功能:(1)在测量前自动选择探头并连接到副枪探头夹持器上;(2)降低探头进入转炉所需高度?(3)从钢水中取样,并用多功能副枪探头测量钢水温度和钢水凝固温度(4)吹炼后测量熔池液位(

4、TSO探头)l(5)测量自由氧含量(仅在"终点吹炼"测量中);(6)将传感器信号传给信号处理器,再经PLC传给过程计算机t(7)在转炉控制室工作站上显示结果和质量代码l(8)从副枪上取下探头.(9)通常可以将副枪降至操作平台(在现场方式下和在维护/测试位置)更换探头夹或作简单的维护.3副枪控制系统3.1副枪自动控制系统副枪控制系统结构如图1所示,分为三层:I2级,Ll级,L0级.图1副枪自动控制系统APPLIcATIoNOFMETALLURGYINDUSTRY囫y案例?APPLICATIoNCASESL0级(LevelO):LO级主要是传动设备本身的控制,I/O控制,仪表信

5、号采集.在副枪L0级控制中主要包括基础传动控制和APC控制(探头自动装卸装置),以及DIRC仪表控制系统;I1级(Level1):实时控制级,根据操作指令,过程计算机的设定计算及现场元件的检测信号,完成生产设备的逻辑顺序控制和PID调节.在副枪Ll级控制中,主要完成副枪上位操作信号的采集,运算以及仪表信号的显示,副枪系统与转炉Ll级系统互相通信;L2级(Lelvel2):各工艺控制单元的计算机操作指导,特殊工艺过程的设定计算及工艺过程的数据收集.在副枪L2级控制中,L2级服务器接收到副枪采集到的信号,利用工艺模型给操作工提供冶炼模型.PLC采用施耐德QUTUMAN系列586主机,系统配置两块N

6、OE77100以太网通信模块,一块NOE与副枪操作上位机以及L1级各节点通信完成L1级的功能,一块NOE与L2级SDM服务器通信完成L2级功能,并利用主机所带MODBUS接口与DIRC仪表系统进行数据传输,PLC系统配置输入模块接受外部信号,利用输出模块控制变频器以及电磁阀和信号灯.3.2副枪传动控制系统副枪电气传动控制系统包括副枪起升驱动系统,副枪旋转驱动系统,APC系统(探头自动装卸装置).3.2.1副枪起升驱动设备.起升设备位于卷扬平台上,包括一台55kWAC电机,De抱闸,齿轮箱,卷扬筒,用于速度控制的测速发生器和两个用于高度测量的脉冲发生器(第二个脉冲发生器是出于安全角度考虑安装的)

7、.一旦脉冲发生器问出现不允许误差,只能以低速进行停止降枪和提枪操曩THEWORLDOFINVERTER8作.事故方式下,副枪可以通过事故DC蓄电池从转炉中提出,除此之外,没有其它任何动作.副枪起升控制的工艺要求见表1所示.表1副枪起升控制要求禽Il中氅露0蜘ll_骺0000每0蠢商涵渡0|l'h-,t|I.t'j|,定镝_j棼磐000l¨l疆咖3.2.2副枪起升变频器配置能满足副枪运行特点,即具有四象限运行,高启动转矩,低速满转矩,快速的转矩上升时间和机械制动器控制等功能的高性能工程型变频器,主要有西门子公司的6SE70/6SE71系列,施耐德公司的AltiVOr66

8、系列,AB公司的ABl336FORCE系列等矢量控制型变频器和ABB公司的ACC600系列直接转矩控制型变频器.经过多方考察,副枪的变频器控制选择的是西门子公司工程型6SE70系列矢量控制型变频器.副枪起升电气控制系统由两套变频控制器组成:正常模式变频器,应急模式变频器.正常模式主要完成副枪的手动,半自动,计算机控制三种模式的操作应急模式完成事故状态下操作.副枪起升驱动电机是55kW,正常模式选择的是西f3-J:75kW变频器(6SE70312EF60),制动单元选择的是50kW(6SE70280EA872DA0),反馈装置选择的是脉冲编码器(1024p/r),因为现场距离设备将近100m,选

9、择数字测速机DT1(6SE70900XX84-3DB0)对信号进行放大,修复.应急模式选择的是西门子75kW变频器(6SE703卜2EF60),不带制动单元和反馈装置.正常模式,应急模式变频器均带输入,输出电抗器,以消除谐波,抑制尖峰电压.3.3副枪旋转驱动系统3.3.1旋转设备旋转设备包括一个带抱闸3kW三相鼠笼感应马达,作为与齿轮箱/驱动装置,嵌入式脉冲发生器/测速发生器整体的一个部分.在钢结构上,装有两个接近开关,每个表示一个旋转固定位置.另外,作为旋转驱动装置的一部分,机械超程开关和过转距开关为内嵌式.过转距开关与旋转驱动箱为硬接线.旋转倾动由速控变频驱动系统来控制.定位是由脉冲发生器

10、通过PLC来完成,接近开关确定实际位置.超程开关和过转距开关是用于硬接线停止和连锁副枪旋转控制要求见表2所示.表2副枪旋转控制要求蝴.蛳黼霹3.3.2副枪旋转变频器配置副枪旋转驱动电机是3kW,变频器选择的是西门子6SE70系列4kW变频器(6SE70210EA61),制动单元选择的是5kW变频器(6SE70180ES87-2DA0),反馈装置选择的是脉冲编码器(1024p/r),因为现场距离设备将近100m,同样选择数字测速机DT1(6SE7090-0XX843DB0)对信号进行放大,修复.变频器带输入,输出电抗器,以消除谐波,抑制尖峰电压.4副枪起升变频控制系统西门子6SE70全数字矢量控

11、制变频装置是属于SIMOVERTMASTERDRIV系列,是目前比较先进的产品,其全数字化和强大的软件控制功能,监视功能,记录功能和保护功能,为其装置运行的稳胃叫_定性,可靠性提供了保证;可选择的控制功能,即可以选择压频控制,也可以选择带编码器矢量控制,无编码器矢量控制,适合于各种不同负载特性的要求;灵活的参数设置,可以方便修改参数,控制方式.6SE70系列变频器已达ul<5ms的转矩响应速度,在带PG时的静态速度精度达土0.001%,在不带PG的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响,还可以达到(土20%一土100%)fs(fs为额定转差率)的速度控制精度在l00%满负荷

12、转矩下,不带PG的动态速度精度一般是土0.1%s,带PG的动态速度精度一般是土0.01%s.6SE70系列变频器即使在零转速下,不要速度反馈也能提供电机满转矩,并能够提供可控且平稳的150%额定转矩的最大起动转矩.在副枪起升变频控制系统中,设计人员充分利用6SE70系列变频器高性能矢量控制功能,以及强大软件编程功能完成工艺的各项控制要求,下面以该控制系统来说明西门子工程型变频器的特点.4.1变频器控制模式4.1.1控制方式选择副枪起升正常模式变频器主要完成副枪的手动,半自动,计算机控制三种模式的操作,而其定位精度以及操作精度要求很高,所以正常变频器是选择模拟量给定(五级速度),带编码器反馈的矢

13、量控制模式;应急模式变频器是完成事故状态下副枪的操作(仅提升),精度及速度控制要求不高,所以选择固定给定(3O%),无编码器矢量控制模式.其控制系统如图2所示正常模式与应急模式切换通过操作台应急按钮,PLC程序控制切换接触器停正常模式变频器,启动应急模式变频器.4.1.2控制参数应用副枪起升正常模式变频器,应急模式变频器的参数选用矢量控制模式,表3控制模式参数应用原理,开抱闸_l_(s)的关系是,译.00.3"-畸".所右_蕈j0o,控制模式?.f带张藤囊龟-j鲫(先绒勰矢量控制)件都;P13O嫡码嚣选择l.0llIIIl10".lO开抱闸,关抱pl崩|毛写铆的脉

14、冲数j1哦0毒l¨_闸(R)的关系p443主给定K(期7?ll0是"或",有一P445附煳给窟0.Or,_lll|l个关抱闸的条按照控制设计要求进行参数定义以及参件到就关抱闸,而且RS触发器复位优数整定,其主要控制模式变频器参数如先,这种控制方式对于抱闸控制更安全.表3所示.RS触发器得到抱闸开(B275),关(B276)4.2抱闸控制模式两个开关量信号,可以参看文献1功能副枪起升负载类属于位能型负载,框图470.位能型负载在开始升降或停止时,要求(1)正常模式制动器和电动机的动作之间,必须紧密正常模式的开抱闸条件是变频器运配合.如果配合出现问题,则导致变频器行信

15、号和变频器电流等于电机额定电流过力矩或者负载下滑的故障.目前普通的20%,在这两个条件都具备才开抱闸,变频器一般通过检测电流(力矩)信号作保证开抱闸时电机有足够的力矩,负载为输出点来控制抱闸接触器,这种控制不至于下滑.关抱闸的条件有变频器停存在问题,尤其是停止时,电机处于能量止和电机速度等于额定速度5%,利用速回馈状态,变频器工况是最差的,在负载度检测信号来实现关抱闸,其控制安全停止的瞬间有可能仍有大电流,利用此性优于利用检测的电流信号,因为对于信号控制抱闸有可能造成抱闸失控.双环控制系统来说,速度环是稳定的,在西门子6SE70系列变频器抱闸的功系统停止过程中速度信号是稳定变化.能非常强大,工

16、程型变频器的可编程的正常模式变频器抱闸控制使用了抱优点显示的淋漓尽致,抱闸控制有:没有闸检测功能,外部机械抱闸上安装一限外部机械抱闸的控制,有外部机械抱闸位(X10l,6开关量输入)作为检测抱闸不带抱闸检测的控制和有外部机械抱闸是否到位信号,开抱闸时开抱闸条件到带抱闸检测的控制三种方式,而且利用而在1.0s内抱闸检测信号未到则认为是抱闸信号可以控制变频器的给定使能,故障状态,封锁变频器(逆变器信号使逆变器使能使变频器快速停止.能),并报警A036.关抱闸时关抱闸条件在副枪起升控制中,正常模式使用到,而在1.6s内抱闸信号一直保持则认的是有外部机械抱闸带抱闸信号检测的为是故障状态,封锁变频器(给

17、定使能),功能,应急模式应用的是有外部机械抱并报警A037.闸不带抱闸检测的控制模式,而且应急抱闸信号的输出可以有三种方式:一模式未设计制动单元,在此种模式下利是使用Xl01的开关量输出;二是通过扩展用具有的抱闸信号控制变频器给定使能EB2板的开关量信号输出.三是利用X9端和逆变器信号使能对变频器进行控制.子的4,5(一对220V的无源点)进行输出.4-2_1抱闸控制方式选择在副枪正常模式下,抱闸控制信号利用X9西门子抱闸控制是利用Rs触发器(4,5)输出直接参与抱闸接触器控制.APPLICATIONOFMETALLURGYINDUSTRY圜啊用案例?APPLICATIONCASES表4抱闸控

18、制参数簟:囊÷馘誉拳辫曦藤謦i薯j渗鏊鬻鬻瑟臻嘲两城l蠢0誊0确黼鳜蠛黪辫_0麟鳓嘲嘲蠢季糕黧0瓣鳓嘲陶0漕黼鬻剃懒签童llll争i88懑囊蕊辫$抽鳓嘲;蒜轴躺懑_0秀国豢铺黎誉_绷i戆誊每囊(2)应急模式应急模式的变频器抱闸控制基本上与正常模式变频器抱闸控制相同,由于在应急控制方式下,没有使用制动单元,所以关抱闸的速度阀值很低,以免大的回馈电压冲击变频器.应急模式使用无抱闸检测信号控制方式,该控制方式应用的是控制开关抱闸信号在定义时间内不动作则封锁变频器的给定使能和逆变器信号使能.副枪应急模式下,抱闸控制信号利用X9(4,5)输出,直接参与抱闸接触器控制.4.2.2抱闸控制参数应用副枪提升正常模式变频器,应急模式变频器的抱闸控制参数分别选用带抱闸检测信号模式和不带抱闸检测模式,其变频器抱闸控制参数如表4所示.5结柬语副枪传动控制系统利用西门子变频囫THEWORLDOFINVERTERS'器高性能的矢量控制和强大的软件编程功能完成了工艺控制要求,可以选择多种控制模式满足备用控制的需要;西门子抱闸先进控制思想和灵活的多种控制组合,对于位能型负载的安全性更是很好的保障.济钢副枪控制系统利用西门子工程型变频器很好地实现了副枪作为位能型负载,转炉工艺的核心设备的各项控制要求.参