高爐主卷揚調速系統(tǒng)設計

0主卷揚電機和系統(tǒng)新鋼改造第二階段，1#和2#路橋從錳鐵轉變?yōu)榫珶掕T鐵。兩側的爐被拆除和重建，體積從255m3擴大到350m3。高爐上料主卷揚電機采用一用一備變頻器速度負反饋的閉環(huán)調速系統(tǒng)。速度無反饋取樣元件為增量型編碼器。主卷揚工藝條件程序控制,由西門子S7-200小型PLC擔任。整個系統(tǒng)設計很有特色,穩(wěn)定性和可靠性都很高,技術上較先進,是一個較成熟的高爐主卷揚調速控制系統(tǒng)。1a、b變壓器主回路原理圖如圖1所示。調速系統(tǒng)采用雙變頻器控制,在線備用,通過雙投刀開關進行切換,保證不因變頻器故障影響高爐生產。主回路工作原理:380V電壓接AQA空氣斷路器上樁頭,空氣斷路器出線接進線主接觸器AKA,AKA出線再接電抗器A2A1,A2A1出線再接到快熔AFU,AFU接到A變頻器進線端R、S、T;B變頻器進電順序與A變頻器相似;A變頻器出線接雙投刀開關的上樁頭,B變頻器出線接雙投刀開關的下樁頭;若使用A變頻器,雙投刀開關上投,這時B變頻器備用,若使用B變頻器,雙投刀開關下投,這時A變頻器備用。兩臺變頻器都設計了直流制動單元,用于吸收制動產生的再生電能,防止母線過壓。主回路元件選型見表1。2變壓器切換AZK與BZK變頻器有各自獨立的控制電路。輸入到兩臺變頻器小PLC的控制信號通過轉換開關進行切換。每臺變頻器擁有一個單獨的配電柜。變頻器與控制元件都裝在變頻器柜內。一臺變頻器完整的控制電路如圖2所示。2.1變壓器主卷揚電機變頻器來自小PLC的輸入控制信號:料車允許運行、正轉、反轉、減速一、減速二,這些信號控制料車的起動、減速、正反轉。另外,還有來自速度負反饋的編碼器輸入信號。轉速負反饋編碼器采用德國依爾徹(Itra)增量型編碼器。編碼器工作電壓為+15V,通孔式法蘭安裝,防護等級IP54,3通道(A、B、Z),每轉1024個脈沖,長線驅動。編碼器到變頻器有5根線:A、B、Z、+15V、0V。編碼器安裝在主卷揚電機非負載端。編碼器孔套在電機軸上,法蘭固定在端蓋上。變頻器內CPU電路通過計算編碼器脈沖數,確定主卷揚電機運行轉速。變頻器輸出信號:運行頻率、運行電流值,均為模擬信號。開關量輸出信號:X9端子排(4)(5)號端子、變頻器送電信號。只要變頻器送電,(4)(5)號端子內部的常開點就會閉合。由于主卷揚電機功率巨大,又工作在4個象限,所以,變頻器設計了制動單元。制動單元ZD串接在變頻器C、D端子。制動電阻RZ串接在制動單元C1、D1端子。RZ由3箱鎳鉻鐵合金電阻組成。每臺變頻器有一個制動電阻柜。所有控制電纜都要用屏蔽電纜。變頻器到主卷揚電機電纜采用帶屏蔽的變頻器專用電纜。為了減少變頻器到電機電纜長度,變頻器安裝在主卷揚房。主卷揚有電源柜1個、控制柜1個、變頻器柜2個、制動電阻柜2個,共計6個電氣柜。這6個電氣柜構成了主卷揚在線備用變頻器調速系統(tǒng)。2.2小plc輸入信號分析小PLCQ2.0、Q2.1、Q2.2、Q2.3、Q2.4分別給出允許料車運行、正轉、反轉、減一、減二信號。信號輸入到變頻器開關量輸入/輸出雙向選擇接口。這4個接口通過參數設定為輸入工作方式。每個變頻器柜設計有1臺西門子S7-200小型PLC。2個小PLC的輸入信號通過轉換開關進行選擇。哪一臺變頻器工作,其小PLC就接受輸入信號。小PLC型號為西門子6ES7-214,帶擴展模塊。小PLC接線圖如圖3所示。小PLC輸入信號分析:(1)變頻器供電信號檢測:熔斷器工作狀態(tài)FU,進線空氣斷路器合閘KA,進線交流接觸器合閘KM,操作電源合閘Q12,變頻器已送電K26。(2)工藝條件信號檢測:鋼繩松馳,左右料車超極限,左料車減一,左料車減二,左料車到爐,右料車減一,右料車減二,右料車到爐,抱閘運行,變頻器故障。(3)主令信號檢測:合交流接觸器KA,分交流接觸器,自動/手動選擇,復位,手動操作變頻器(左低、左高、右低、右高),緊急停車,左料車上行,右料車上行。變頻器自動運行的信號來自DCS系統(tǒng)大PLC,K9為大PLC發(fā)出的左料車上行指令;K10為大PLC發(fā)出的右料車上行指令。2.3實行變壓器輸入接口PLC輸入到變頻器的控制信號有:料車允許運行Q2.0,料車正轉Q2.1,料車反轉Q2.2,減速一Q2.3,減速二Q2.4。Q2.0~Q2.4直接與變頻器輸入接口連接。變頻器設定Q2.0~Q2.4高電位(+24V)時,指令有效。Q2.0~Q2.4輸出端等效于開關量信號,高電位+24V,低電位0V。合閘信號有:主接觸器KA合閘信號K3,料車抱閘打開信號K1,主卷揚電機冷卻風機電機運行信號K2。信號燈指示信號:變頻器進線接觸器KA已合閘信號燈SB1,變頻器KA已分閘信號燈SB2,系統(tǒng)運行正常信號燈AH1,運行指示燈AH2,系統(tǒng)故障指示燈SB5,超極限指示燈AH3,鋼繩松弛指示燈AH4。2.4事件處理過程變頻器小PLC程序如圖4所示。只有主回路已送電、變頻器得電、控制電源正常、鋼繩松弛開關正常、沒有急停指令,料車才允許起動。這些條件既是料車起動條件,同時也是運行條件,一旦某一個條件不滿足,變頻器就要停止運行。當小PLC發(fā)出變頻器允許運行指令(即Q2.0=1)時,只要大PLC發(fā)出料車上行指令,即K9或K10=1,料車上行。料車上行變頻器輸出頻率曲線如圖5所示。變頻器從0到基頻50Hz的起動時間為6s。變頻器以50Hz基頻運行29s后,開始以25Hz減一頻率運行8s。減一運行時間較長,有利于吸收料車運行的慣性。減一結束,料車變頻器再以6Hz減二頻率運行5s。料車在減二時,速度很慢,幾乎是爬行,有利于停車。變頻器小PLC梯形圖如圖6所示。3料車控制器的控制PLC的控制信號主要是手動主令信號:合/分KA,自動/手動選擇SA2,復位SB5,左高,右低。有些是來自按鈕、選擇開關的信號,有些是來自繼電器的信號。來自變頻器的運行和故障信號K5和K6為變頻器內部繼電器。K9和K10為大PLC開主卷揚料車的指令繼電器,其余輸入繼電控制電路如圖7所示。料車在軌道上運行的行程依靠一臺絕對型編碼器進行檢測,編碼器輸出信號再送PLC進行運算,確定料車的準確位置。料車位置編碼器向主卷揚發(fā)出以下重要信號:減一、減二超極限信號和料車停車信號。料車運行到哪個點,編碼器小PLC相應點繼電器即閉合。另外,通過繼電器進行轉換信號有:鋼繩松弛開關K36,緊急停車繼電器K27,變頻器已送電K26。4設置頻率