專利名稱：轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)煉鋼工藝轉爐傾動裝置，尤其是涉及用于轉爐傾動裝置的電氣傳動 控制系統(tǒng)。
背景技術：
轉爐傾動裝置在冶煉操作中，由于頻繁的啟動、制動和加減速，常常產生劇烈的扭轉振 動，出現(xiàn)強烈的扭振力矩沖擊，這不僅影響轉爐傳動設備的機械壽命，甚至會導致設備事故。 據工藝要求，轉爐的傾動角度為±360 °，轉爐爐口和爐底方向軸線與地平面垂直時為零位狀 態(tài)，故爐子傾動負載力矩屬于反陰性的位能負載。當爐體處于正力矩狀態(tài)時，電動機處于電 動運行狀態(tài)，當爐體處于負力矩狀態(tài)時，電動機處于回饋制動狀態(tài)。
為了使轉爐傳動設備處于良好的工作狀態(tài)，滿足生產過程中轉矩平衡、動態(tài)響應快、速 度控制精確及系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，需要對其傾動裝置采取控制。目前控制轉爐傾動方案有多種， 常用的是轉矩/速度控制方式，但均存在一些諸如轉矩平衡差、動態(tài)響應慢、不能在線切換等 缺點。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠防止 轉爐"點頭"和"搖頭"現(xiàn)象的發(fā)生，使轉爐傳動設備處于良好的工作狀態(tài)，從而能夠有效 地延長轉爐的使用壽命。
本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是設有多臺變頻器和由其分別控制的多臺傾動 電機，還設有1套主控PLC，其中一臺變頻器由主控PLC定義為邏輯主變頻器，簡稱主變頻
器，其它臺變頻器由主控PLC定義為邏輯從變頻器，簡稱從變頻器；各臺變頻器配備CBP2 通訊板，并且與PLC之間通過Profibus-DP網實現(xiàn)包括速度給定、控制字、狀態(tài)字的通訊； 各臺變頻器之間通過CUVC板自帶的模擬量通道，在各臺變頻器之間形成環(huán)形連接，傳輸轉 矩分量。
本發(fā)明與傳統(tǒng)的控制技術相比，具有以下主要的優(yōu)點
其一.由于本系統(tǒng)簡單可靠，可減少人工維護量，降低事故發(fā)生率，延長轉爐的使用壽命。
其二.可以在線切換， 一旦主或從變頻器故障可方便的在線切換主從關系，并且切換主從 關系不需要更改任何硬件。
其三.四臺變頻器均采用速度控制方式，為速度閉環(huán)，即只定義邏輯上的主一從關系，主 變頻器的速度調節(jié)器工作在比例積分方式，從變頻器的速度調節(jié)器工作在比例方式，把主變 頻器的轉矩分量傳給從變頻器的轉矩分量作為附加轉矩。因此控制精度高，動態(tài)響應快。
其四.擺脫了對單個變頻器依賴性很高的缺點。就算主編碼器發(fā)生故障，也不會有飛車危險。
其五.可兼顧速度精度高與轉矩平衡好的優(yōu)點，減小了對機械的沖擊，易于維護。
其六.由于國家經濟的發(fā)展，對煉鋼的技術水平和當今的自主化國產化的的更高要求，因 此本控制系統(tǒng)具有廣闊的市場前景。
綜上所述，本發(fā)明具有簡單可靠、在線切換方便、控制精度高、動態(tài)響應快和易于維護 等優(yōu)點。有效地解決了傳統(tǒng)的一主三從控制方式(一個速度控制三個轉矩控制)，或傳統(tǒng)的利 用機械柔性尋找轉矩平衡的控制方式(都作速度控制，不做轉矩同步，只利用機械柔性來尋找 轉矩平衡)，所帶米的諸如轉矩平衡差、動態(tài)響應慢和機械損傷較大的缺點。
圖1為本發(fā)明的轉矩分量傳輸示意圖。
圖2是以西門子6SE70變頻器為例，提供的內部主從邏輯功能示意圖。 圖3是以西門子6SE70變頻器為例，提供的1號傾動電機變頻器電路圖。 圖4是以西門子6SE70變頻器為例，提供的2號傾動電機變頻器電路圖。 圖5是以西門子6SE70變頻器為例，提供的3號傾動電機變頻器電路圖。 圖6是以西門子6SE70變頻器為例，提供的4號傾動電機變頻器電路圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供的轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)，包括多臺變頻器和由其分別控制的多臺傾動 電機，其中一臺變頻器由主控PLC定義為邏輯主變頻器，簡稱主變頻器，其它臺變頻器由主 控PLC定義為邏輯從變頻器，簡稱從變頻器；各臺變頻器配備CBP2通訊板，并且與PLC之 間通過Profibus-DP網實現(xiàn)包括速度給定、控制字、狀態(tài)字的通訊；各臺變頻器之間通過CUVC 板自帶的模擬量通道，在各臺變頻器之間形成環(huán)形連接，傳輸轉矩分量。
下面結合具體實例對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。
本發(fā)明采用四臺變頻器分別控制四臺傾動電機，通過變頻器自帶的數字輸入/輸出及模擬 輸入/輸出形成環(huán)形網絡。四臺變頻器均為速度閉環(huán)控制方式，只定義邏輯上的主從關系，通 過改變主/從變頻器的速度調節(jié)器的比例-積分關系，改變附加轉矩的給定源，形成一種全新 的主從控制方案。
由于轉爐傾動過程中四臺電機通過減速機作用在同一個軸上(剛性連接)，首先就要求四 臺電機運行速度一致，在此基礎上又要求四臺電機力矩必須一致(通常說的負荷平衡)，也就 是說4臺電機運行時速度和轉矩必須是同步的。
具體硬件措施為(西門子為例)設置1套315-DP主控PLC,各變頻器與PLC之間通過 Profibus-DP通訊，各變頻器配備CBP2通訊板，通訊速率設置為500k，諸如速度給定、控制 字、狀態(tài)字均通過DP網在PLC與變頻器之間傳輸。4臺變頻器之間通過CUVC板自帶的模 擬量通道，在4臺變頻器之間形成環(huán)形連接，傳輸轉矩分量。
具體的軟件措施(西門子為例)4臺變頻器由主控PLC定義其中一臺為邏輯主，其它三 臺為邏輯從。四臺變頻器均工作在速度控制方式(P100-4)，主從切換由PLC通過控制字傳送 給變頻器自動實現(xiàn)，更改主從關系不需要改動任何硬件連接。主變頻器的速度調節(jié)器工作在 P-I模式(比例積分P243=0)，從變頻器的速度調節(jié)器工作在P模式(比例P243=l))，通過模擬 量把邏輯主變頻器的轉矩送給從變頻器作為附加轉矩。主變頻器由模擬量通道輸出轉矩分量
給從變頻器，從變頻器將此轉矩分量作為自己的附加轉矩，同時再將此轉矩分量傳輸至下一 臺從變頻器，這樣依次循環(huán)形成環(huán)形連接。具體實現(xiàn)方式為四臺變頻器通過模擬量輸入輸 出連接成環(huán)形通道，1號變頻器(輸出)一(輸入)2號變頻器一3號變頻器一4號變頻器一l號變 頻器；同時利用控制板自帶模擬量通道，使1號變頻器與3號變頻器，2號變頻器與4號變 頻器交叉連接。PLC與四個變頻器之間通過PROFIBUS-DP通訊，通過控制字與狀態(tài)字讀寫 變頻器的狀態(tài)與命令，并在PLC內部對四個變頻器的速度和轉矩建立實時監(jiān)控，當出現(xiàn)偏差 太大即報警，延時后自動拋掉偏差較大的變頻器，重新自動在剩下的變頻器中建立起主從關 系。
本系統(tǒng)特性分析(1)在系統(tǒng)啟動或停止時還未進入穩(wěn)態(tài)時，四臺變頻器由于均工作在
速度閉環(huán)，速度給定與速度反饋差值vv使每個速度調節(jié)器比例環(huán)節(jié)起主要作用，使實際速 度快速跟上速度給定，從而就保證了系統(tǒng)的速度一致性。但這個過程的持續(xù)時間很短，系統(tǒng) 很快加入穩(wěn)態(tài)調節(jié)狀態(tài)。(2)系統(tǒng)已進入穩(wěn)態(tài)后，速度給定與速度反饋基本相等，此吋速度 調節(jié)器的比例環(huán)節(jié)已經基本不起作用，主要是積分環(huán)節(jié)起作用。此時主變頻器丄作在速度控 制方式，速度調節(jié)器主要為積分環(huán)節(jié)起作用。但對于從變頻器來說由于速度調節(jié)器積分失效， 比例也由于給定與反饋的無限接近而可以忽略不計，從的轉矩就基本等于附加轉矩(模擬量通 道輸入的主變頻器的轉矩分量)，從而就保證了從變頻器的轉矩很好的跟隨主變頻器的轉矩, 也就是保證了四臺電機正常運行時轉矩的一致性。從變頻器由模擬量通道讀取主變頻器的轉 矩(實際傳送的都是百分比)作為附加轉矩加到調節(jié)通道上時，同時把此輸入轉矩送到模擬 量通道以給下一個從變頻器，這樣最大可能減小了傳輸時間和誤差。
正常運行時4臺變頻器模擬量呈環(huán)形連接，如果有l(wèi)臺壞了 (例如電機或變頻器出現(xiàn)故 障)，PLC程序會自動拋掉此臺產生故障的變頻器，以環(huán)形系列故障變頻器的下一臺為主變頻 器，在不停機的情況下重新在剩下3臺變頻器中建立主從關系，從而就實現(xiàn)了不停機在線切 換主從關系。重新建立的3臺變頻器為邏輯上的一主兩從，依然是主變頻器速度調節(jié)器以 PI(比例積分)方式工作，從變頻器速度調節(jié)器以P(比例)方式工作。
有2臺變頻器壞時，如果為連續(xù)的2臺(如1、 2號變頻器，或2、 3號變頻器，或3、 4 號變頻器，或4、 1號變頻器)，剩下兩臺通過環(huán)形網繼續(xù)組成主從連接。如果為間隔的兩臺 變頻器故障(如1、 3號變頻器，或2、 4號變頻器)，則通過交叉連接的模擬量通道(l號變頻 器一3號變頻器，或2號變頻器一4號變頻器)，依然可以建立此種主從關系。2臺變頻器建立 的方案為邏輯上一主一從，依然可以滿足速度轉矩平衡的要求。
本發(fā)明應用的電源條件電源電壓3AC 380V-15。/。 460V+10。/。，電源頻率50HZ(±6%)。
本發(fā)明經過測試，可以達到以下的技術參數
最大允許輸出頻率在3AC 380V 480V。
轉速精度當11>10%，轉速精度為0.0005%;當11<5%，轉速精度為0.001%。 速度上升時間20ms。
轉矩線性度<1%。
轉矩精度在恒磁范圍，n〉P/。時，轉矩精度為<2.5% 。
轉矩上升時間5ms。 轉矩波動<2% 。
下面結合具體附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。
圖1為轉矩分量傳輸示意圖，圖中實線表示連續(xù)轉矩傳輸通道，虛線表示交叉轉矩傳輸 通道。由于連續(xù)轉矩傳輸通道巳形成環(huán)形網絡，對于第1號到第4號變頻器中的任意一臺變 頻器故障時，系統(tǒng)就自動拋掉此臺故障變頻器，以環(huán)形系列的下一臺變頻器為主，依次類推 保證任意一臺變頻器故障時均能形成一主多從的邏輯關系。當有兩臺變頻器故障時，如果為 連續(xù)兩臺，依據上述原理依然以故障后的第一臺為主；如果為交叉兩臺故障，如1號和3號 變頻器同吋故障，或者2號和4號變頻器同時故障，則由交叉通道依次在剩下的兩臺中建立 邏輯主從關系。保證工藝系統(tǒng)要求的任意一臺或者兩臺故障時，仍可保證轉爐低速煉完一爐 鋼(對于控制系統(tǒng)不論幾臺工作都必須保證轉矩同步)
圖2為裝置控制邏輯功能圖(以西門子6SE70變頻器為例)，對于主變頻器工作在速度閉 環(huán)模式(帶編碼器反饋的速度閉環(huán))，其速度調節(jié)器工作在比例-積分模式。對于從變頻器(無 論是幾個工作方式均一樣)其工作模式依然為速度閉環(huán)(帶編碼器反饋的速度閉環(huán))，但其速度 調節(jié)器工作在比例模式，也就是說其積分環(huán)節(jié)失效。從的轉矩給定=速度調節(jié)器的比例環(huán)節(jié)輸 出+主變頻器模擬量通道傳輸的轉矩分量。這樣就保證了所有工作變頻器均是工作在速度閉環(huán) 模式，保證了系統(tǒng)速度調節(jié)的精度和很短的動態(tài)響應時間。同時又保證了從變頻器與主變頻 器良好的跟隨性，也就是保證了所有工作變頻器的轉矩同步。
圖3為1號傾動電機變頻器電路圖(以西門子6SE70變頻器為例)，其中DC24V電源為變 頻器外接直流24V電源。KM11為變頻器定義為無故障的數字輸出中間繼電器，中間繼電器接 點送給2號傾動電機變頻器。KM41為4號傾動變頻器輸出的無故障數字接點，作為數字輸入 送至1號傾動變頻器。模擬輸入及模擬輸出各有兩個通道，其中模擬輸入通道1不用，模擬 輸入通道2為連續(xù)傳輸通道由4號變頻器傳送至1號變頻器的轉矩分量，模擬輸出通道1為 交叉?zhèn)鬏斖ǖ烙?號變頻器送至3號變頻器的轉矩分量，模擬輸出通道2為連續(xù)傳輸通道由 1號變頻器送至2號變頻器的轉矩分量。CBP2為Profibus-DP通訊板，由傾動PLC系統(tǒng)的DP 主站連接至1號變頻器，再由1號變頻器連接至2號變頻器。Bll為電機速度反饋編碼器， 是變頻器進行速度閉環(huán)控制的必要設備。
圖4為2號傾動電機變頻器電路圖(以西門子6SE70變頻器為例)，其中DC24V電源為變 頻器外接直流24V電源。KM21為變頻器定義為無故障的數字輸出中間繼電器，中間繼電器接 點送給3號傾動電機變頻器。KM11為1號傾動變頻器輸出的無故障數字接點，作為數字輸入 送至2號傾動變頻器。模擬輸入及模擬輸出各有兩個通道，其中模擬輸入通道l不用，模擬 輸入通道2為連續(xù)傳輸通道由W變頻器傳送至2S變頻器的轉矩分量，模擬輸出通道1為交叉 傳輸通道由2號變頻器送至4號變頻器的轉矩分量，模擬輸出通道2為連續(xù)傳輸通道由2號 變頻器送至3號變頻器的轉矩分量。CBP2為Profibus-DP通訊板，由1號變頻器連接至2號 變頻器，再由2號變頻器連接至3號變頻器。B21為電機速度反饋編碼器，是變頻器進行速 度閉環(huán)控制的必要設備。
圖5為3號傾動電機變頻器電路圖(以西門子6SE70變頻器為例)，其中DC24V電源為變 頻器外接直流24V電源。腿31為變頻器定義為無故障的數字輸出中間繼電器，中間繼電器接 點送給4號傾動電機變頻器。KM21為2號傾動變頻器輸出的無故障數字接點，作為數字輸入 送至3號傾動變頻器。模擬輸入及模擬輸出各有兩個通道，其中模擬輸入通道1為交叉?zhèn)鬏?通道由1號變頻器傳送至3號變頻器的轉矩分量，模擬輸入通道2為連續(xù)傳輸通道由2號變 頻器傳送至3號變頻器的轉矩分量，模擬輸出通道l不用，模擬輸出通道2為連續(xù)傳輸通道 由3號變頻器送至4號變頻器的轉矩分量。CBP2為Prof ibus-DP通訊板，由2號變頻器連接 至3號變頻器，再由3號變頻器連接至4號變頻器。B31為電機速度反饋編碼器，是變頻器 進行速度閉環(huán)控制的必要設備。
圖6為4號傾動電機變頻器電路圖(以西門子6SE70變頻器為例)，其中DC24V電源為變 頻器外接直流24V電源。KM41為變頻器定義為無故障的數字輸出中間繼電器，中間繼電器接 點送給l號傾動電機變頻器。KM31為3號傾動變頻器輸出的無故障數字接點，作為數字輸入 送至4號傾動變頻器。模擬輸入及模擬輸出各有兩個通道，其中模擬輸入通道1為交叉?zhèn)鬏?通道由2號變頻器傳送至4號變頻器的轉矩分量，模擬輸入通道2為連續(xù)傳輸通道由3號變 頻器傳送至4號變頻器的轉矩分量，模擬輸出通道l不用，模擬輸出通道2為連續(xù)傳輸通道 由4號變頻器送至1號變頻器的轉矩分量。CBP2為ProHbus-DP通訊板，由3號變頻器連接 至4號變頻器，再由4號變頻器連接至帶DP 口的角度測量絕對值編碼器。B41為電機速度反 饋編碼器，是變頻器進行速度閉環(huán)控制的必要設備。
權利要求
1.一種轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)，包括多臺變頻器和由其分別控制的多臺傾動電機，其特征是設置1套主控PLC，由其定義一臺變頻器為邏輯主變頻器，簡稱主變頻器，其它臺變頻器由主控PLC定義為邏輯從變頻器，簡稱從變頻器；各臺變頻器配備CBP2通訊板，并且與PLC之間通過Profibus-DP網實現(xiàn)包括速度給定、控制字、狀態(tài)字的通訊；各臺變頻器之間通過CUVC板自帶的模擬量通道，在各臺變頻器之間形成環(huán)形連接，傳輸轉矩分量。
2. 根據權利要求1所述的轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)，其特征是主變頻器和從變頻器 的切換由主控PLC通過控制字傳送給變頻器自動實現(xiàn)。
3. 根據權利要求1所述的轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)，其特征是主變頻器的速度調節(jié)器采用P-I模式，比例積分P243-0;從變頻器的速度調節(jié)器采用P模式，比例積分P243二1;通過模擬量把主變頻器的轉矩送給從變頻器作為附加轉矩。
4. 根據權利要求3所述的轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)，其特征是通過改變主、從變頻器的速度調節(jié)器的比例-積分關系，改變附加轉矩的給定源，形成一種新的主從控制方案。
5. 根據權利要求3所述的轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)，其特征是主變頻器由模擬量通道輸出轉矩分量給從變頻器，從變頻器將此轉矩分量作為自己的附加轉矩，同時再將此轉矩 分量傳輸至下一臺從變頻器，這樣依次循環(huán)形成環(huán)形連接。
6. 根據權利要求1所述的轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)，其特征是PLC與各臺變頻器之 間通過PROFIBUS-DP網通訊時，由控制字與狀態(tài)字讀寫變頻器的狀態(tài)與命令，并在PLC內 部對各個變頻器的速度和轉矩建立實時監(jiān)控，當出現(xiàn)偏差太大即報警，延時后自動拋掉偏差 較大的變頻器，重新自動在剩下的變頻器中建立起主從關系。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種轉爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)，包括多臺變頻器和由其分別控制的多臺傾動電機，其中一臺變頻器由主控PLC定義為邏輯主變頻器，其它臺變頻器由主控PLC定義為邏輯從變頻器；各臺變頻器配備CBP2通訊板，并且與PLC之間通過Profibus-DP網實現(xiàn)包括速度給定、控制字、狀態(tài)字的通訊；各臺變頻器之間通過CUVC板自帶的模擬量通道，在各臺變頻器之間形成環(huán)形連接，傳輸轉矩分量。本發(fā)明具有簡單可靠、在線切換方便、控制精度高、動態(tài)響應快等優(yōu)點，有效地解決了傳統(tǒng)的一個速度控制三個轉矩控制，或傳統(tǒng)的利用機械柔性尋找轉矩平衡的控制方式，所帶來的諸如轉矩平衡差、動態(tài)響應慢和機械損傷較大的缺點。
文檔編號G05B19/418GK101169656SQ20071016855
公開日2008年4月30日 申請日期2007年12月3日 優(yōu)先權日2007年12月3日
發(fā)明者任自宏, 葉理德, 蘇瑞淼 申請人:中冶南方工程技術有限公司