喬衛(wèi)恒

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司資產(chǎn)管理部，山東 濟(jì)南250101）

1 項目概況

煉鋼廠生產(chǎn)車間中氧槍設(shè)備是重要生產(chǎn)設(shè)備之一，因此氧槍電力控制設(shè)備是轉(zhuǎn)爐主要的電力傳動設(shè)備。轉(zhuǎn)爐的氧槍控制作為煉鋼車間電氣傳動控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，煉鋼轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)氧槍電機(jī)的控制直接關(guān)系到生產(chǎn)的連貫性、可靠性及生產(chǎn)效率。濟(jì)鋼集團(tuán)煉鋼廠生產(chǎn)車間全部實現(xiàn)PLC控制自動化生產(chǎn)，氧槍控制系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)的關(guān)系子系統(tǒng)，主要實現(xiàn)對從轉(zhuǎn)爐頂部進(jìn)行吹氧冶煉的氧槍的升降控制作業(yè)。從濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司（全文簡稱濟(jì)鋼）煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)的動作實踐過程可知，氧槍的升降作業(yè)常常出現(xiàn)誤差，會出現(xiàn)抱閘提前動作和抱閘滯后動作，都會給煉鋼廠車間的生產(chǎn)帶來影響，危害安全生產(chǎn)。

針對濟(jì)鋼煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)氧槍的升降作業(yè)的作業(yè)誤差現(xiàn)象，從氧槍控制系統(tǒng)的原理和工作過程著手，分析了氧槍控制系統(tǒng)影響安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素，主要是氧槍控制系統(tǒng)提升瞬間“下溜”及運(yùn)行過程中“溜車”現(xiàn)象。針對這二種情況進(jìn)行了相應(yīng)的氧槍控制系統(tǒng)的創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計，希望能有效解決氧槍抱閘問題，保障濟(jì)鋼集團(tuán)煉鋼廠氧槍控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 氧槍控制系統(tǒng)概述

在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，氧槍系統(tǒng)的控制是非常重要的環(huán)節(jié)，氧槍系統(tǒng)的控制可以直接影響轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼水質(zhì)量，同時保障車間生產(chǎn)的安全性和高效性。基于氧槍控制系統(tǒng)的組成，闡述了氧槍控制系統(tǒng)各部分的功能及控制方式，并就氧槍系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。

2.1 氧槍的傳動控制

氧槍系統(tǒng)為雙小車雙卷揚(yáng)系統(tǒng)裝置，一座轉(zhuǎn)爐裝有兩套氧槍，變頻裝置采用矢量控制方式，兩臺電動機(jī)（一工作一備用）用于氧槍作業(yè)，二對二方式。正常生產(chǎn)中，兩支氧槍的變頻器、升降電機(jī)可以做到互為備用。

2.2 氧槍的抱閘控制

氧槍抱閘由PLC控制抱閘供電為有后備電源的兩路電源，電源切換自動完成并采用失電抱閘控制方式。

氧槍電機(jī)控制系統(tǒng)具備合閘條件后，主控室發(fā)出合閘指令，此時氧槍電機(jī)進(jìn)入預(yù)勵磁階段，當(dāng)預(yù)勵磁結(jié)束、此時有操作指令時，報閘打開，氧槍動作。

抱閘的打開：氧槍啟動命令發(fā)出后，電機(jī)預(yù)勵磁結(jié)束后，PLC控制抱閘打開，氧槍開始下降，此時氧槍電機(jī)并沒有建立足夠的力矩，啟動瞬間隨重力下降一定距離再進(jìn)行提升動作。抱閘的關(guān)閉：氧槍停止命令發(fā)出后，氧槍電機(jī)速度未降低到較低速度的情況下，抱閘立即關(guān)閉。

2.3 氧槍系統(tǒng)出現(xiàn)的隱患及分析

1）從車間實踐觀察情況發(fā)現(xiàn)，氧槍提升啟動瞬間，抱閘打開后氧槍出現(xiàn)20～50 mm的下降后再恢復(fù)正常提升。該情況會導(dǎo)致氧槍出現(xiàn)墜槍危險，有時會導(dǎo)致鋼水噴濺安全事故發(fā)生，另外有時會損壞氧槍槍體。該安全隱患的出現(xiàn)主要是由于抱閘打開過早，變頻器無足夠初始轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致氧槍溜槍現(xiàn)象發(fā)生，對機(jī)械、電氣傳動系統(tǒng)有很大的影響。

2）另外在生產(chǎn)實踐中氧槍出現(xiàn)提升或下降時“溜車”現(xiàn)象，分析原因主要是設(shè)備在啟動、運(yùn)行過程中編碼器發(fā)生故障導(dǎo)致，危害巨大。對于提升系統(tǒng)來說，在提升或下降時“溜車”的現(xiàn)象，對生產(chǎn)系統(tǒng)及設(shè)備本身都將產(chǎn)生一定的影響。而采用變頻器本身的邏輯控制功能來控制抱閘的輸出時，安全性更能得到保證，控制更可靠，依據(jù)前段提出的抱閘控制的特點(diǎn)，構(gòu)建氧槍控制系統(tǒng)改進(jìn)抱閘模塊的設(shè)計思路，實現(xiàn)對氧槍系統(tǒng)的精確控制通過對氧槍系統(tǒng)的設(shè)備組成及各部分控制功能的介紹，并結(jié)合氧槍機(jī)械傳動的特點(diǎn)，以及對氧槍系統(tǒng)抱閘控制的分析，提出了基于氧槍控制系統(tǒng)改進(jìn)抱閘模塊的設(shè)計思想。其主要作用是加大系統(tǒng)的靜態(tài)力矩，提高控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3 氧槍變頻控制系統(tǒng)的創(chuàng)新改進(jìn)設(shè)計

本節(jié)對氧槍變頻控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計，模塊改造的實現(xiàn)過程，以及實驗結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 抱閘模塊的改進(jìn)設(shè)計

針對氧槍提升啟動瞬間抱閘打開后氧槍出現(xiàn)的下降情況對抱閘模塊進(jìn)行如下改進(jìn)設(shè)計。在氧槍變頻柜抱閘控制回路中新增一個繼電器，此繼電器的打開和關(guān)閉完全由氧槍變頻器控制。將抱閘打開電流閥值設(shè)定在50%，將變頻器的參數(shù)設(shè)置在較好狀態(tài)，可以使得變頻器輸出足夠大力矩后再打開抱閘，從而可以維持零速滿力矩運(yùn)行作業(yè)，該設(shè)計可以保障氧槍正常提升，而不再出現(xiàn)瞬間下溜現(xiàn)象。

3.2 偏差模塊的改進(jìn)

針對氧槍出現(xiàn)提升或下降時“溜車”現(xiàn)象情況對偏差模塊進(jìn)行如下改進(jìn)設(shè)計。在氧槍變頻柜控制系統(tǒng)中加入偏差控制模塊，同時設(shè)定偏差模塊的參數(shù)在一個合適狀態(tài)，當(dāng)變頻器輸出至電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速與編碼器反饋回的實際轉(zhuǎn)速偏差若在1.5 s內(nèi)持續(xù)在6%以上，變頻器將默認(rèn)為F150故障，同時抱閘線圈失電，抱閘將抱死，從而可以有效避免“溜車”現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 實驗結(jié)果分析

在現(xiàn)場中通過DRIVE MORNITOR軟件監(jiān)視氧槍變頻器的各種參數(shù)，得到1號脫磷1號氧槍變頻器的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)。從運(yùn)行數(shù)據(jù)中看出在改動前提升瞬間轉(zhuǎn)速反饋為負(fù)，從運(yùn)行數(shù)據(jù)中可以看出在改動設(shè)計后提升瞬間實際轉(zhuǎn)速無負(fù)反饋現(xiàn)象，這一數(shù)據(jù)充分證明改進(jìn)設(shè)計及參數(shù)的調(diào)整能有效的抑制氧槍提升啟動瞬間溜車的現(xiàn)象。從改進(jìn)設(shè)計及參數(shù)的調(diào)整的整體運(yùn)行狀況來看，氧槍控制系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，氧槍升降作業(yè)的可靠性和安全性大幅度提高，同時有效的減少了氧槍控制系統(tǒng)對機(jī)械、電氣傳動系統(tǒng)的沖擊，避免氧槍墜槍安全事故發(fā)生。從工廠實際應(yīng)用出發(fā)，根據(jù)氧槍機(jī)構(gòu)負(fù)載的控制特點(diǎn)以及現(xiàn)場具體情況，通過對氧槍系統(tǒng)的抱閘控制進(jìn)行深入分析，對抱閘模塊控制系統(tǒng)的設(shè)計過程進(jìn)行了詳細(xì)描述，現(xiàn)場實驗結(jié)果證明了抱閘模塊控制的有效性。

4 結(jié)論

本文以濟(jì)鋼煉鋼廠氧槍系統(tǒng)為研究背景，針對氧槍系統(tǒng)提升瞬間“下溜”及運(yùn)行過程中“溜車”的問題展開研究。論文中對氧槍原有控制系統(tǒng)存在的不足進(jìn)行了分析，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備及控制系統(tǒng)的狀況，提出了在控制系統(tǒng)中增加抱閘模塊及偏差模塊的控制策略。通過研究，得出以下結(jié)論：

1）抱閘控制系統(tǒng)利用逆變器內(nèi)部的功能塊進(jìn)行組態(tài)，利用變頻器自身的參數(shù)功能控制抱閘的動作安全性、可靠性高。

2）增加抱閘模塊及偏差模塊控制后，啟動時系統(tǒng)能在更短的時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)定性好。

3）改造后的系統(tǒng)電控設(shè)備線路簡化，優(yōu)化了逆變器內(nèi)部可控參數(shù)，安全效益經(jīng)濟(jì)效益得到了大幅度的提升，有效提高了生產(chǎn)車間的安全系數(shù)，避免重大安全事故的發(fā)生。