智能主令与变频器在高炉卷扬的应用

1引言

随着国家产业政策的宏观调控，早日实现公司‘保二争三’的发展目标；炼铁厂1#高炉已于08年2月13日停炉，进行全面改建，但是从02年改造后的主卷扬电器系统较以前运行稳定、设备故障率低、易于维护；充分体现了plc、变频器等电力电子技术的优越性。本文将以改造后的电器情况做一简单介绍，将智能主令与变频器在高炉卷扬的应用与大家共同磋商，便于各兄弟单位的同行在技术改造中做一借鉴；由于水平有限，加之时间仓促，难免有疏忽和不妥之处，恳请大家批评指正。

高炉卷扬是高炉上料系统的心脏，在整个系统及工艺流程中起着至关重要的作用，高炉冶炼原料必须通过卷扬小车输送到炉顶，它的运行是否正常直接影响高炉炉况及铁水的产量和质量。智能主令是一种新型主令控制器，它采用先进的西门子控制技术从本质上改变了旧式主令的工作原理，是新的自动化控制产品；变频器是由电力电子﹑自动化控制﹑计算机等多个学科技术相结合的用于对交流异步电动机进行调速控制的电气装置，具有系统简单﹑使用可靠﹑调节方便﹑易维护﹑高效节能的优点。

2 原系统故障率高的分析

炼铁厂1#高炉以前使用传统的LK系列机械式有触点主令控制器，卷扬电机采用绕线式三相异频电动机在转子回路中串电阻的方法进行调速，主电路用双向可控硅反并联实现开关控制。主令故障率高：机械部分长期在恶劣环境不运行造成损坏使接点断开或闭合，造成事故；主令靠凸轮运动而定位，调节凸轮时的小小偏差将造成料车大距离的位移，容易人为失误造成事故；运行不平稳：负载转矩变化时转速明显变化，电动机启动过程中逐级切除转子回路中的电阻器时，速度有跳跃感，容易发生机械故障和烧损可控硅；操作人员失误成事故：起空车，装料过多，忘记转换焦、混、矿万转开关都将可能造成恶性事故。

3 工作原理概述

1#高炉卷扬上料系统采用两个料车交替上料的方式，两部料车（分别为南车，北车）通过钢丝绳连接到一个滚筒上，拉料时重车上与空车下同时进行，空车重量相当于一个平衡锤，平衡了重车的皮重，相当于料车拖动物料净重上升，节省了拖动电机的功率，电机运行时，总有一个重车上行，没有空行程，提高了工作效率。按照生产工艺要求，卷扬料车开始运行时应由慢逐渐变快，即将到达预定位置时再由快逐渐变慢，停车时，炉顶的料车完成倒料工作，此时，坑底的料车将已称量好并按料制安排的原燃料装入，然后按动启车按钮，料车由慢——快——慢的规律上升（另一料车为下降），这样周而复始完成上料工作，卷扬料车启动由人工按钮控制，运行中速度的变化及料车停止由智能主令将信号传送给变频器执行。 系统原理框图如下：

4 器件选用及原理

4．1 智能主令

选用ZNLK—16J型主令控制器，它由可编程序控制器S7—200，TD200（西门子公司开发的专门与S7—200系列PLC配套的一种文本显示器，显示S7—200允许的信息）及现场变送单元（旋转编码器）组成。现场变送单元与卷扬机主轴相连接，编码器产生一系列编码并送到PLC的输入端，在PLC内部进行译码，累加等数学运算处理。同时与操作面板（TD—200）中用户给定的各种限量数值相比较，在设定的位置发出相应的控制信号给被控设备的控制系统，使被控设备正确动作，即通过检测电子电路产生的绝对编码信号实现对现场料车位置的检测，然后由PLC产生不同的控制信号（如调速，停车等）控制变频器拖动卷扬机运行，形成位置闭环控制，具有运行可靠，响应速度快，分辨率高，调整方便的特点，系统原理框图如下：

电器原理图如下：

主令接线图

4．2 变频器

采用富士FRN110G11S—4CX型变频器，该变频器抗干能力强，采用主电路器件的集成化技术一改过去电路的复杂走线方式，采用特殊设计的模块结构，将变频器的输入输出直接接入模块，摈弃了多余的连接母线，故障率大大降低。为了改善变频器输入的功率因素，选配了直流电抗器；同时还选配了相应的制动单元及制动电阻，使料车减速或停车时，变频器直流回路的泵升电压保持在允许范围内。变频器接线图如下：

4.3 电动机

采用原系统已有的YZR315M—8 90KW绕线式异步电动机，将绕线式异步电动机的转子短路，去掉电刷和电阻器，转子内阻较小，形成高效的鼠笼异步电动机。但在使用过程中也存在弊病：
（1） 电机易发热，由于绕线式电动机转子滑环短接，启动电流不能从二次释放，会造成电机电流增大，温升高，烧毁的几率较大。

（2） 电机转矩变小，在负荷不变的情况下，短接滑环的绕线电机，会出现启动困难，堵转，跳闸等现象，不能满足负荷要求，电机铭牌功率应降一档使用。

5 电器原理

下图画出了卷扬控制电路的基本工作部分，运行信号灯及与其它设备的联锁电路略。

抱闸电路：

卷扬料车是位能负载，在原来传统控制电路中，制动抱闸电源直接取自卷扬电机定子绕组，即电动机得电产生转距后抱闸得电打开，若电动机失电，则抱闸随之失电制动，但在使用变频器时，电动机定子绕组的频率与电压是变化的，（http://www.gdzrlj.com/版权所有）而通常使用的抱闸是按电网电压和频率设计的，因此抱闸电源必须取自变频输入端并且单独控制，使用变步器的Y5A、Y5C继电器输出常开触头控制接触器，从而使自动抱闸在变频器工作时打开，变频器停止运行时制动。

6 技术参数

6．1智能主令系统设置信息表
下表各数值是原点位置的参考点，原点位置可以是任意位置，当原点对应的物理位置发生变化后各信息中所对应的物理位置将自动变化。料车从坑底到炉顶的运行距离为42米，点数为1160，即每调节主令限位参数1个点，料车位置将会发生3.62CM的变化；考虑到惯性问题，超极限数值略大，此系统为2点。

6．2变频器各控制端子的功能

CM——控制电路公共端；

FWD——正转起停控制端，这里作南车上行控制；

R EV——反转起停控制端，这里作北车上行控制；

X1 X2 X3——低 中 高速度控制输入端；

30B 30C——变频器故障报警输出常闭点；

Y5A Y5C——继电器输出，接抱闸电路；

6 结束语

通过五年来的实际使用情况，没有因为卷扬电器故障给高炉造成过休慢风，与改造前经常发生料车落道、料车冲顶、可控硅击穿等恶性事故相比，系统可靠性高、操作简单、维护方便为高炉稳产提供了良好的设备运行环境，改善了工人的劳动强度，为企业创造了良好的经济效益，在中小高炉及其它行业卷扬控制系统有良好的推广应用价值。