高爐主卷揚調速方案的選擇與應用

高粱主卷是高粱上料系統(tǒng)的心臟設備。它的主要功能是將不同類型的原料通過一定的比例轉移到中部的預緊器中，然后通過一條探井式設備將其運到經(jīng)過處理的高管頂部的上料斗。完成上料過程。傳統(tǒng)的中小型高爐多采用雙料車交替上料方式上料,主要設備包括:料車坑、料車、斜橋、卷揚機,運轉方式為:主卷揚電機驅動齒輪變速箱,變速箱低速軸連接滾筒旋轉,纏繞在滾筒上的鋼絲繩通過繩輪改變方向后連接路軌上的料車,滾筒旋轉料車交替上下運行。整個過程料車的運動狀態(tài)是:靜止→加速→勻速(高速)→一次減速→二次減速→停止。整個運動過程中為保證料車的安全運行,必須在適當?shù)奈恢冒l(fā)出控制信號,以控制抱閘的打開或閉合,從而避免料車沖頂或溜車。因此,主卷揚調速性能的優(yōu)劣直接關系到高爐的生產(chǎn)效率。料車的運行曲線見圖1。1一般介紹主輥泵的功率提升方法1.1料車加速上升系統(tǒng)要求高爐卷揚連續(xù)重車變速上升的工藝要求,決定了其負載及控制具有以下特點:(1)重負載。啟動時需要較大的起動力矩和足夠的提升運載能力,這就決定其具有重載力矩的特性。(2)位能負載。由于料車在路軌上,空間位置上具有位能。當料車加速上升時,系統(tǒng)要克服重力、摩擦力等做功,屬于阻力負載。當料車減速時電動機變成能量接受者,系統(tǒng)又變?yōu)閯恿ω撦d。(3)速度可調。由于料車從靜止于料坑段加速上升,后減速停止于爐頂受料斗,速度不停地轉變,這就需要控制穩(wěn)定,速度平滑可調。(4)控制可靠。其要求表現(xiàn)在:能停位準確、保證不溜車、保證過載保護、保證與槽下和爐頂控制系統(tǒng)連鎖等?；谝陨暇頁P系統(tǒng)的負載特性和控制要求,適合于主卷揚拖動系統(tǒng)的主流有以下三種。1.2轉子系數(shù)控制器該調速方案又分為定子繞組和轉子繞組,其中又以轉子繞組串電阻調速方案優(yōu)越,被廣泛應用于風機、起重設備。其原理簡單,初期投資少,在20世紀70～80年代也曾被廣泛應用于高爐主卷揚拖動,如廣鋼3#高爐、4#高爐等。下面是三相異步電動機的轉速公式:n=n1(1?s)=60f1p(1?s)n=n1(1-s)=60f1p(1-s)(1)由公式(1)可知,轉子繞組串電阻調速是一種能耗轉差調速,即調速過程中保持同步轉速不變,通過改變轉差率以達到調速的目的。其調速原理和特性曲線見圖2。該種調速在轉速降低時,轉子損耗功率增高,造成大量電能浪費,再加之其電路復雜、調速指標都不高、范圍不大、平滑性差、故障率較高、后期維護困難等,在20世紀80年代以后,已逐漸被改造或淘汰。1.3直流電機的機械特性由于直流電動機具有良好的機械特性,其優(yōu)點是系統(tǒng)的起動轉矩大,在較大范圍內能平滑進行速度調節(jié),且控制簡便,能在大范圍內平滑調速、啟動、制動和正反轉等。目前在傳動領域中仍占有重要的地位,在高爐主卷揚上也被廣泛采用。直流電機轉速與電磁轉矩之間的機械特性方程式是:n=UdCeΦ?RΣCeCTΦ2Temn=UdCeΦ-RΣCeCΤΦ2Τem(2)式中Ud——電源電壓;RΣ——電樞總電阻;Φ——磁通;CT——電磁時間常數(shù)。由公式(2)可知,調速方式也有兩類三種,即控制勵磁電流,電樞電路串聯(lián)的電阻,電樞端電壓的調節(jié)。廣鋼4#高爐20世紀90年代曾應用晶閘管整流的閉環(huán)降壓啟動調速,但由于早期的模擬控制系統(tǒng)存在參數(shù)調整復雜、可靠性相對較低等缺點,后來進行數(shù)字化調速改造,一直應用至今。1.4變同步轉速n由上述電機轉速公式(1)可知:變頻調速是通過改變異步電動機定子電源頻率f1,從而改變同步轉速n1,實現(xiàn)異步電動機調速的一種方法。這種調速方法有很大的調速范圍、很好的調速平滑性和足夠硬度的機械特性,使異步電動機可獲得類似于他勵直流電動機的調速性能。三相異步電動機的這種調速系統(tǒng)目前正在逐步取代直流電動機調速系統(tǒng),是目前主卷揚電機調速的主流方法。2直接速度用于大型設備的主卷揚系統(tǒng)2.1晶閘管催化控制廣鋼4#高爐在1994年擴容性大修之前,主卷揚傳動系統(tǒng)采用的是交流異步電動機繞線式轉子回路串電阻調速。由于其具有調速范圍不大、平滑性差、故障率高、后期維護困難等缺點,1994年大修時改為晶閘管三相全控橋反并聯(lián)可逆調速系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用從日本富士電機(株)會社引進的LEONIC——U2高集成化控制板,它屬于邏輯無環(huán)流模擬控制系統(tǒng)。經(jīng)過多年的應用,逐漸暴露其缺點,由于模擬系統(tǒng)不可避免地存在調整困難、準確度低、系統(tǒng)過于復雜、難維護等缺點,使得后期故障恢復難度加大,嚴重影響高爐操作。于是在2000年進行數(shù)字化改造,并取得成功,至今系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定。2.2直流液壓系統(tǒng)的控制功能改造中選用的西門子SIMOREGK6RA24直流調速裝置,在當時是應用較為成功和廣泛的一個產(chǎn)品。它以硬件作為控制的基礎,以軟件作為控制的核心。通過具有高效能16位微處理器承擔電樞和勵磁主回路所有的調節(jié)控制功能。調節(jié)功能在軟件中通過參數(shù)構成的程序功能模塊來實現(xiàn),采用功能模塊的組合可以實現(xiàn)各種開、閉環(huán)控制,監(jiān)視及輔助功能。該直流調速裝置的接線原理見圖3。該裝置的優(yōu)點是:(1)方便靈活的參數(shù)組態(tài)。通過輸入控制參數(shù)可方便靈活地組態(tài)主卷揚系統(tǒng)調速。(2)通過參數(shù)組態(tài)可以選擇模擬及數(shù)字輸入或輸出接口的功能。(3)可以實現(xiàn)控制性能的自動優(yōu)化。(4)全面的狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷及信息跟蹤。該裝置的缺點是:(1)電機維護工作量大,整流子特別易磨損,維修費用高。(2)直流電機成本較交流鼠龍電機大,一般主卷揚只在舊系統(tǒng)改造中選用數(shù)字式直流調速。2.3確定抱閘參數(shù),確保反應過程的正常在調試和日常使用中需要注意以下問題:(1)合理設置斜坡函數(shù)發(fā)生器時間,理解斜坡上升、下降時間并非實際上升和下降的時間,它只是加、減速快慢的反應指標。(2)恰當定義抱閘參數(shù)。當系統(tǒng)建立起一定力矩時才能打開抱閘,以防止料車重載溜車。具體設置要通過48號和50號端子確定。(3)對于尋優(yōu)參數(shù),要根據(jù)外接平波電抗電感量進行適當手動調整,以保證電樞電流的連續(xù)。(4)由于調速器為自冷卻設備,要求環(huán)境溫度在45℃以下,日常維護要注意室溫和吹塵。3交流頻率管理系統(tǒng)應用于寬鋼五角大鋼的主卷揚系統(tǒng)3.1交流調速器系統(tǒng)廣鋼5#高爐改建于2002年,設計爐容為420m3于2003年2月投產(chǎn),當時的交流變頻調速技術已經(jīng)相當成熟,故主卷揚的調速系統(tǒng)的設計為交流變頻調速,配備1臺GGD柜型,1臺主卷變頻切換柜,2臺主卷變頻柜,一用一備,通過切換柜切換。該系統(tǒng)采用德國西門子6ES70系列裝柜式變頻器,功率315kW,額定電流630A。每臺變頻器配西門子6ES70制動單元2臺,每臺制動單元對應配套制動電阻1臺。主電機為200kW交流電機。該套系統(tǒng)除具備上述3.2SIMOREG直流調速器的全部特點外,還具有更優(yōu)的CBP2擴展通信板,可以直接通過PROFIBUS與PLC通信交換數(shù)據(jù)。但其缺點是參數(shù)設定復雜。它的接線原理見圖4。3.2抱閘的參數(shù)設定(1)加減速時間。良好的加減速時間,可以保證料車平穩(wěn)地從一種運動狀態(tài)平滑地過渡到另一種狀態(tài),確保充足的上料時間。在調試過程中必須注意,電動機加速時須限制頻率設定的上升率以防止過電流,減速時則限制下降率以防止過電壓。加減速時間,通過參數(shù)P462和P464設定。(2)抱閘控制。優(yōu)秀的抱閘參數(shù)設定,既節(jié)能又能保證料車運行過程中的安全。抱閘在力矩未建立時打開,可能會導致料車沖頂或溜車,若抱閘打開過遲又可能導致電機堵轉過載而造成故障。因此,我們設定參數(shù)P604為on激活平滑啟動,再通過P602設定勵磁建立時間,選擇P605為帶制動單元檢測信息功能,然后通過參數(shù)P606～P617設定抱閘的相關參數(shù)。(3)電子熱過載保護。該功能是為保護電動機過熱而設置的。它既可以通過變頻器內的CPU根據(jù)運轉電流值和頻率計算出電動機的溫升,也可以通過外部傳感器直接將電機溫度傳給變頻器。這可以通過參數(shù)P382～P386進行相關設定。(4)對外接輔助電源的要求。西門子矢量控制器需要外接輔助電源通過CUVC/CUR控制變頻器自身的主接觸器,這樣即使在功率電源掉電的情況下也能保證其與控制系統(tǒng)通信。外接電源要求DC為20～30V,