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3  控制系統的功能

    由于轉爐的四臺電機屬于剛性連接、機械速度一致，這樣就要求控制電機的變頻裝置輸出轉矩應大體一致（各電機的負荷差異<10%）。為滿足負荷平衡的要求，本系統采用主從控制的傳動控制系統。四臺電機中任選一臺做為主裝置，主裝置接收CLXM發出的控制指令、速度要求，采用速度控制模式，該電機的編碼器反饋用于閉環控制。其余三臺變頻裝置均為從裝置，采用轉矩控制模式，從裝置的編碼器反饋用于速度限幅。通過Drive to Drive 通訊，裝置之間得以實現最快2mS、最大500k/S的數據通訊。主裝置采用速度控制，使得電機的速度能夠動態跟隨；從裝置采用轉矩控制，使得四臺電機的出力保持平衡。

    基于安全控制的考慮，轉爐在運行過程中如果主變頻裝置或是主電機出現故障，從裝置立即會因通訊故障而停機。操作人員進行故障確認后，可以通過人工選擇主變頻裝置或是控制系統自動重新選擇主裝置來實現繼續生產。這樣既保證了設備的安全運行又不會影響正常的生產。

    傾動裝置與氧槍均是位能負載。轉爐回垂直位或是氧槍下放時，電動機均工作在發電狀態，多余的能量必須釋放。本系統通過配備制動單元和制動電阻實現能量的自動釋放，以保證變頻裝置的直流母線電壓維持在正常的范圍。根據制動電阻阻值的計算以及對負載的分析，傾動電機及氧槍電機處于制動狀態的時間較長。從安全的角度考慮，制動單元及制動電阻均選擇了兩套。

    國內的中大型轉爐一般采用正負力矩進行力矩設計。從力矩分析及生產的情況來看，轉爐在測溫取樣區域可能出現負力矩（見參考文獻[3]）。因此必須要求電機的制動器在電機輸出足夠的轉矩后才允許打開，使爐體不至于產生回位動作和抖動。CLXM發出啟動指令后，制動器不能立即打開。CLXD在判斷變頻裝置的輸出轉矩達到一定數值時再打開制動器，爐體就能夠比較平穩的啟動。CLXM發出停止指令后，CLXD在判斷變頻裝置的輸出轉矩降至一定數值時再關閉制動器，就避免了變頻裝置電流過大或是機械抖動較大的情形。由于制動器打開前變頻裝置輸出的轉矩值取決于給定速度值，在轉爐的低速傾動區就必須采用快速勵磁方式使得輸出轉矩盡可能快地達到要求，以避免低速區響應時間較長的情況。

4  控制效果

    響應時間短、超調量小，是對控制系統的基本要求。由于轉爐的四臺變頻裝置采用主從控制，那么主裝置的參數整定對整個系統的動態性能有著較大的影響。如果主變頻裝置的響應時間較長，由于爐體傾動的特點（兌鐵或出鋼時需斷續得電），可能系統會出現無法跟隨給定的狀態；如果主變頻裝置的超調量較大，那么從裝置驅動的電機將反復振蕩。因此，變頻裝置的Ki、Kp、Kf參數需反復調整。圖4.1為經過參數調整后以4#變頻裝置為主裝置、現場裝料操作（兌鐵、加廢鋼）結束后爐體回到垂直位過程的四臺電機的電流曲線。圖中左上方顏色圖例的含義依次為：爐體傾動角度、1#變頻裝置的輸出電流（4096對應著電機的額定電流）、2#變頻裝置的輸出電流、3#變頻裝置的輸出電流、4#變頻裝置的輸出電流。

5  結束語

    由于1336 Force變頻裝置自身的強大功能----定向磁場控制、零速滿力矩的輸出、方便的主從切換，再通過合適的系統設計、參數設定，較好地解決了驅動位能性負載的問題，在調試過程中有效地避免了爐體傾覆、氧槍墜槍等情況。該系統自2005年4月投入運行以來（目前轉爐生產已達產），一直運行良好，用戶非常滿意。