ABB變頻器現(xiàn)場總線控制方式在轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)的應(yīng)用

王西慶

摘要主要介紹ABB變頻器在轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)上的應(yīng)用，著重分析現(xiàn)場總線控制方式的組成和控制方法，現(xiàn)場總線控制方式在第二煉鋼廠轉(zhuǎn)爐傾動的控制系統(tǒng)中起到了良好的效果。

關(guān)鍵詞ABB變頻器；現(xiàn)場總線；控制方式

中圖分類號：TM921 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0116-01

日照鋼鐵有4座120T轉(zhuǎn)爐，5#6#轉(zhuǎn)爐傾動控制采用主從式控制方式，7#8#轉(zhuǎn)爐傾動控制采用現(xiàn)場總線控制方式，在現(xiàn)場的應(yīng)用中都滿足了傾動使用的要求。四臺一次減速機(jī)若不同步傳動勢必造成一、二次減速機(jī)齒輪打齒，造成設(shè)備損壞和停爐檢修，所以轉(zhuǎn)爐傾動電機(jī)的同步運行是傾動控制中的重要課題，現(xiàn)場總線式控制方式在控制調(diào)速和維護(hù)上體現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。

1系統(tǒng)組成

日鋼120T轉(zhuǎn)爐爐殼為全焊接式固定爐底結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)爐托圈為焊接箱型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)通循環(huán)水冷卻。傾動裝置采用全懸掛扭力桿平衡形式。由以下幾部分組成：驅(qū)動電機(jī)、一次減速機(jī)、二次減速機(jī)、扭力桿平衡裝置和潤滑裝置等。轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)采用全正力矩方式，即轉(zhuǎn)爐傾動到任一角度時都保證是正力矩，確保轉(zhuǎn)爐在360度回轉(zhuǎn)過程中都是正力矩，事故斷電時轉(zhuǎn)爐能夠以自身重力自動返回垂直位置，從而避免翻爐潑鋼事故的發(fā)生。現(xiàn)場使用4臺132 kW變頻電機(jī)通過4臺一次減速機(jī)同步轉(zhuǎn)動帶動一臺二次減速機(jī)實現(xiàn)傾動，采用4臺ABB公司生產(chǎn)的ACS800-04-0400-3變頻器驅(qū)動。轉(zhuǎn)爐傾動速度為0.1～1.0～1.3r/min。

2硬件設(shè)計

120T轉(zhuǎn)爐傾動裝置驅(qū)動電機(jī)，國內(nèi)外以往一直采用直流電動機(jī)，隨著交流變頻控制技術(shù)的發(fā)展，交流傳動系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，并逐步取代直流傳動控制系統(tǒng)。4臺YTSZ355M1-10 132 kW變頻電機(jī)由4臺有較強(qiáng)過載能力的ACS800變頻器驅(qū)動，主回路采用一對一的結(jié)構(gòu)，以便提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。變頻器通過Profibus-DP總線鏈接在S7-400PLC上。其中RMIO板是ABB變頻器的主控制板，RPBA-01適配器是ABB變頻器的現(xiàn)場總線適配器模塊，它可以將變頻器連接到一個PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)。將RPBA-01板安裝在需要現(xiàn)場總線控制的變頻器主板上。PLC硬件組態(tài)中要組態(tài)ABB變頻器，此操作需要從網(wǎng)上下載GSD文件，根據(jù)硬件組態(tài)的地址，調(diào)節(jié)RPBA-01適配器模塊的地址選擇開關(guān)選擇節(jié)點的地址號。選擇10-13為ABB變頻器的地址，在PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上，變頻器為從屬設(shè)備。

在接線電路上，采用常用變頻器接線，有出線電抗器來平衡出線電纜的分布容性負(fù)載，增大出線主回路的短路阻抗，抑制變頻器輸出的諧波，起到減少變頻器噪聲的效果，配有1.4歐姆制動電阻吸收剩余能耗。

3軟件設(shè)計

根據(jù)轉(zhuǎn)爐工作特點，4臺電動機(jī)必須同步啟動、制動及同步運行，如何實現(xiàn)這一要求，是該系統(tǒng)的關(guān)鍵?，F(xiàn)場總線控制方式通過控制字和狀態(tài)字來實現(xiàn)PLC和變頻器的通訊，控制字（CW）是現(xiàn)場總線系統(tǒng)控制傳動單元的基本手段。當(dāng)前控制地10.01設(shè)置為COMM.CW時，控制字才有效?？刂谱钟涩F(xiàn)場總線控制器發(fā)送給傳動單元。傳動單元根據(jù)控制字的位狀態(tài)指示作出相應(yīng)動作。狀態(tài)字（SW）是一個包含了變頻器運行狀態(tài)信息的字，它由傳動單元發(fā)送給現(xiàn)場總線控制器。通過設(shè)定參數(shù)組來控制變頻器的運行方式，4臺變頻器的參數(shù)設(shè)定一樣。下面簡要介紹一下參數(shù)的設(shè)定。

優(yōu)化參數(shù)組：

99組：主要是用來設(shè)定電機(jī)的參數(shù)：額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定功率、頻率等，方便變頻器辨識電機(jī)，計算電機(jī)模型。我廠選用的是直接轉(zhuǎn)矩控制方式（DTC）。

20組：設(shè)定電機(jī)的傳動運行極限值，傾動電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為585rpm，因此最大轉(zhuǎn)速設(shè)定為600rpm，最小為-600rpm。

21組：設(shè)定電機(jī)的啟動與停止方式，電機(jī)啟動與抱閘打開應(yīng)同時進(jìn)行，所以選定預(yù)勵磁，電機(jī)停止不能突然停止，否則會對電網(wǎng)及變頻器帶來很大的危害，所以選用斜坡減速停車方式。

22組：設(shè)定變頻器加速時間和減速時間。在這里我們都設(shè)定為1S。

27組：主要設(shè)定變頻器的制動電阻阻值，和制動單元的工作方式。有效的保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。

功能設(shè)置組：

10組：設(shè)定現(xiàn)場總線控制字，主要由PLC通訊給定，電機(jī)的轉(zhuǎn)向人為控制。

11組：設(shè)定變頻器轉(zhuǎn)速的最小和最大值，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為585rpm，所以設(shè)為0和585，轉(zhuǎn)速由PLC給定，通過通訊接口EXT1給變頻器數(shù)值REF。

14組：用來給定抱閘運行的同步信號，也就是說變頻器運行時刻，繼電器給出信號使抱閘打開，保證了同步性，同時抱閘的運行狀態(tài)反饋到HMI畫面。

15組：此功能用來監(jiān)控變頻器的輸出情況，設(shè)定輸出0-20MA電流信號來顯示速度和電流。

16組：設(shè)定變頻器由PLC通過總線來控制允許運行和故障復(fù)位。

42組：定義變頻器控制抱閘的功能，設(shè)定打開、閉合抱閘的延遲時間為0.1S和0.2S，當(dāng)電機(jī)速度低于50 rpm時，打開和閉合抱閘。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)置組：

51、92、98組設(shè)定RPBA-01適配器的參數(shù)和制定通訊協(xié)議。

轉(zhuǎn)爐傾動有三個連鎖，分別為氧槍高度、稀油站運行和活動煙罩，即氧槍須在待吹點以上，爐下稀油站運行和活動煙罩不在下限位傾動方可允許運行。

變頻器的初始化、啟動、停止、速度給定都是PLC通過控制字和數(shù)據(jù)塊來控制變頻器實現(xiàn)的，初始化、啟動、停止控制字分別為為W#16#476，W#16#47F和W#16#477。

傾動電機(jī)的控制是一個典型的轉(zhuǎn)矩PID控制，由PLC給定一個速度，通過各個變頻器的力矩與基準(zhǔn)力矩（基準(zhǔn)力矩為4個變頻器輸出力矩的平均值）相比較，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，得出電機(jī)轉(zhuǎn)速的修正值，將與當(dāng)前給定速度的代數(shù)和作為輸出，來控制電機(jī)，從而達(dá)到4臺電機(jī)的同步運行。

4使用效果

現(xiàn)場總線式控制方式是每一臺變頻器都單獨控制與其他的變頻器在硬件上并沒有直接的關(guān)系，但是又同時與基準(zhǔn)力矩相比較，最終在轉(zhuǎn)矩上能夠相互平衡，有機(jī)統(tǒng)一。在有一臺變頻器或者電機(jī)損壞的情況下，并不影響使用，在這個環(huán)節(jié)上與主從式控制方式相比有很大的優(yōu)勢。

5結(jié)束語

日鋼120T轉(zhuǎn)爐傾動現(xiàn)場總線式交流變頻傳動系統(tǒng)，自投入運行至今，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，其控制功能完全滿足了轉(zhuǎn)爐傾動的工藝要求。在控制上有同步性能好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，在冶金行業(yè)廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]劉竹，周衛(wèi)華.變頻器在轉(zhuǎn)爐傾動抱閘控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].冶金自動化，2010（05）.

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