Techniques of Automation & Applications | 3转炉倾动系统电机同步控制研究张得涛１，王少军２，杨智利２（1.内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古 包头 014010;2.包钢集团设计研究院,内蒙古 包头 014010）摘 要：本文针对包钢万腾钢铁的120吨转炉倾动系统,系统的介绍了多电机同步控制研究。

文中详细的介绍了基于PROFiBUS 和主从控制实现了转炉倾动系统的总体设计方案、系统组成、网络结构和控制原理。

利用交流变频传动及西门子的主从控制技术,不仅很好的解决了转炉倾动负荷平衡难题,使系统能稳定可靠地运行，而且还减少了设备故障率及排除故障的时间，降低了生产成本。

关键词：变频调速装置;同步控制;SIMOLINK 光纤网;主从控制中图分类号:TP29 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2013)08-0003-03Study of the Motor Synchronous in the Converter Tilting SystemZHANG De-tao, WANG Shao-jun, YANG Zhi-li( 1. Information Engineering College, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010 China;2. Baotou Steel Group Design and Research Institute, Baotou 014010 China )Abstract: In this paper, aimed at Baotou million proton steel 120 tons converter tilting system, introduces the motor synchronouscontrol research. The paper introduces in detail based on the PROFiBUS and master-slave control realization of converter tilting system’s overall design, system structure, network structure and realizing method. By using AC variable fre-quency drive and Siemens master-slave control technology, not only a good solution to the converter tilting load balancing problem, so that the system can be stable and reliable operation, but also to reduce the rate of equipment failure and troubleshooting time, reduce production costs.Keyword: variable frequency speed control device; synchronized control; SIMOLINK optical network; master slave control收稿日期：２０１２－１０－２５１ 引言转炉的倾动控制作为炼钢车间电气传动控制系统发挥着关键作用。

随着计算机控制技术和电力拖动技术的发展,转炉倾动的控制方案有了较大的改进。

炉体倾动部分一般采用四台倾动电机来拖动,并且通过减速机刚性连接,采用扭力杆力矩吸收方式和全悬挂固定方式。

并且出现了四台电机由四套变频装置来分别拖动的控制。

随着四台变频器拖动四台电机的出现,因此如何实现电机出力相等以及速度协调控制就成了关键问题。

２ 转炉倾动系统２．１ 转炉倾动系统工艺设备概况万腾钢厂拥有120T 顶底复吹转炉二座,转炉采用四点啮合全悬挂倾动和扭力杆装置,它主要由驱动电动机、一次减速机、二次减速机和扭力杆系统组成。

还有4套底吹透气砖及供气系统。

炉体与托圈连接采用三点球面支撑方式,能适应转炉炉壳的热膨胀。

转炉炉口、炉帽、托圈均为水冷。

转炉倾动装置的技术参数如下:(1) 转炉采用全正力矩操作。

(2) 倾动速度0.2-1.0转/分,无级调速。

(3) 四台110kW 交流电机驱动。

(4) 正常最大操作力矩160 t.m 。

２．２ 转炉倾动系统的操作转炉倾动机构共4台电动机驱动,采用4套变频器分别驱动4台电动机,4套变频器通过simlink 网实现44 | T echniques of A utomation & A pplications套传动装置的主/从控制和力矩平衡控制。

按照变频器设定的加、减速曲线,实现转炉恒定加、减速运转,保证炉体平稳运转。

转炉倾动角度为±180度,为确保转炉生产安全,转炉正常冶炼时,倾动电机驱动倾动装置使转炉以给定速度做±180度旋转。

转炉设有三个操作点,即转炉操作室、炉前摇炉房及炉后摇炉房。

当其中一处选定进行操作后,其他两处不可再操作。

如果三个操作地点选择形式中存在由两个操作点同时操作同一转炉的不合理情况时,则转炉不能投入运转。

当供电装置出现故障时,则转炉不能投入运转。

当供电装置出现故障可用备用装置将炉体紧急摇回“零”位,操作系统的工作情况及各种故障在转炉操作室设有故障显示及报警。

传动操作要求:(1) 1台电机或变频器故障时,允许正常生产。

(2) 2台电机或变频器故障时,允许本炉生产。

(3) 3台电机或变频器故障时,不允许生产,只能紧急复归。

主从变频器可以在1、2、3号变频器间切换;具有各种安全连锁,具备紧急停止和紧急复归功能;在炉前、炉后分别设转炉倾动操作台,兑铁水倾动操作台;倾动系统供电操作及显示由主控室的操作台完成,并在HMI 画面显示。

２．３ 转炉倾动系统的连锁(1) 活动烟罩不在上限位,转炉不可倾动。

(2) 氧枪处于等待位以下,转炉不可倾动。

(3) 转炉供电系统不正常时,转炉不可倾动。

(4) 转炉冷却水系统不正常时,转炉不可倾动。

(5) 倾动润滑系统不正常运转时,转炉不可倾动,但润滑系统故障时可由人工确认后解除连锁。

(6) 转炉不在0±2°时,氧枪及活动烟罩不能下降,汇总料斗的闸门不能开启。

(7) 当转炉汇总料斗的闸门处于开启状态时,转炉不可倾动。

(8) 炉下旋转溜槽处于等待位,方可倾动。

(9) 至少2台变频器和电动机正常时,方可倾动。

(10) 转炉倾动至零位时自动停止。

(可在HMI 上人工解除连锁)(11) 转炉倾动至±120°时自动停止(具体角度现场调试时定)。

(可在HMI 上人工解除连锁)３ 转炉倾动控制系统的配置根据转炉的倾动控制系统特点,万腾钢厂转炉倾动系统的配置如下:(1) 6SE70系列变频器4台。

(2) 西门子S7-400系列PLC 系统一套。

(3) 电机选用YTSZ315L-10功率为110KW 转速为585r/min 电流为230A 电压为380V 电机上并带有冷却风机及增量型编码器。

４ 电气传动控制方案４．１ 倾动控制原理转炉倾动由4台电动机共同完成。

为了系统更可靠更稳定的工作,这4台电动机就必须要求负荷平衡及速度同步,也就是要求所有的电机转矩相等。

因为这4台电机是刚性连接的,所以要求所有的电动机的速度是绝对同步[3],因此4台电动机的传动采用主/从[2]控制,4台变频器之间用Simolik 卡连接组成光纤环网。

在配置中将一台变频器设为主机,由它进行速度调节,输出转矩给定,其他变频器作为从机,跟随主机的转矩响应。

同常规的控制方式相比,这种使用方式将系统的性能提高到了一个新的高度,能有效地解决由于电机在运行中的不同步产生的转炉“点头”和“摇头”的现象。

４．２ 转炉倾动系统主从控制该系统采用主/从控制方式,主装置采用速度环和电流环控制,从装置只有电流环控制。

采用一对一的传动方式,设定“主/从”方式,设定主传动装置。

各倾动电机的高速轴上都装有测速的脉冲编码器,通过脉冲编码器将现场的电动机的转速和转矩电流值传送给变频器,与设定值进行比较,由电流调节器同时输入到从装置的电流调节器中,这样保障了四台电机在相同的负荷图１ 传动控制系统框图Techniques of Automation & Applications| 5下运行,达到了设备平稳运行及平衡负荷的作用。

在这四台变频器中,主机以广播的方式向从机发送指令,并跟踪从机的状态,以此实现速度及转矩的协调控制。

70系列变频器提供了装置之间的一种快速通讯方式即Simolink光纤环网。

环网中主站可以接收和发送报文,并且可以去读写其中的信息,而从站只能接收报文,不能去处理其中的信息。

变频器之间的转矩设定就是通过该网络进行发送和接收的。

当主变频器或电动机出现故障时,主机会给P LC及从机发出故障信息,此时可设置从机中任一台变频器为主变频器,使其他三台变频器重新组成主/从控制系统,新的主机代替原来的主机负责系统起、停和转矩的控制,按主/从控制继续原来的工作。

若是只有一台从机故障则不影响主/从控制系统的正常运转。

若是出现三台及以上变频器故障则需要立即停止工作,待维修好后再继续工作。

转炉倾动主从控制系统调节原理图如图2所示:４．３ 倾动的制动控制技术为了启动的安全性和停车的准确性,避免转炉因失去动力产生溜车事故,我们采用的是能耗制动和机械抱闸制动二者结合的方法。

(1) 能耗制动能耗制动是变频器通过设置在回路中的制动电阻消耗电机能量使电机迅速停止的制动方式。

其中包括制动单元和制动电阻两个部分。

当由变频器带动的电机停机时,变频器中的逆变电路就会反向导通,这便使得剩余电能反馈到直流母线上,母线上的电压就会上升,当达到一定值时,制动单元接入,使得制动电阻投入工作,这部分电能由于电阻发热而消耗掉,直流母线上Ｋ—比例系数；　Ｋｉ—积分时间常数图２ 转炉倾动主从控制系统调节原理图的电压同样维持在正常值。

这种制动的优点是成本低,简单无污染。

(2) 机械抱闸制动当电机中途启动或突然断电时,就只能靠机械制动来控制负载转动。

当电机的转矩和电流达到一定值时倾动的抱闸才能打开。

此过程是变频器把电机的电流和转矩发送给PLC,PLC确定电流和转矩满足一定条件后通过硬线打开抱闸,使转炉转动。

反之,P L C检测到电机转速满足停车条件时,关闭抱闸,使转炉迅速停止。

５ 系统调试进行系统调试时,变频器主从控制系统的参数设置[1]如表1:６ 结束语120吨转炉倾动系统自投产以来,系统运行稳定其控制功能完全满足了转炉倾动工艺要求还减少了设备故障率,实践证明应用主从控制完全可以解决大惯性系统的驱动问题,三台从机跟随主机的转矩信号,使各台变频器驱动各自电机的同步问题得到解决。