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鞍鋼第二煉鋼廠連續(xù)鑄鋼車間1流和2流生產(chǎn)線是1988年從日本神戶制鋼所全套引進，運轉(zhuǎn)自今已經(jīng)17年，PLC控制系統(tǒng)和傳動變頻設(shè)備基本老化，經(jīng)常出現(xiàn)故障，而且由于控制設(shè)備已經(jīng)進入淘汰周期，因此，從2003年陸續(xù)開始改造。
1．中間包臺車控制系統(tǒng)簡介
煉鋼廠中間包屬于板坯連鑄工藝前道設(shè)備，主要作用是鋼水包回轉(zhuǎn)到澆鑄位置（即中間包的上方），打開鋼水包滑動水口，使鋼水注入中間包，待中間包鋼水達到要求時，用中間包滑動水口控制注流，注入結(jié)晶器中。中間包通過臺車進行平移或升降控制，由于使用環(huán)境惡劣，工作級別高。就其走行和升降運行除考慮嚴(yán)格密封防止金屬粉塵和耐高溫、安全系數(shù)高等條件因素外, 還具有一定的特殊性, 無論走行還是升降采用雙電動機,雙傳動機構(gòu)剛性聯(lián)接的機械結(jié)構(gòu)（見圖1）。
圖1 雙電動機剛性聯(lián)接機械結(jié)構(gòu)
當(dāng)正常運行時2 臺電動機必須同步運行以防止機械結(jié)構(gòu)的損壞。當(dāng)其中任一臺電動機發(fā)生故障時, 另一臺電動機必須能單獨完成中間鋼包起升和下降或平移的工作要求, 以防止嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。針對中間鋼包必須的雙電動機熱備份的特殊情況，采用了變頻器來實現(xiàn)雙機控制。
2．對變頻調(diào)速設(shè)備的技術(shù)要求
(1) 有良好的起動特性和穩(wěn)速精度,起動力矩滿足電機過載要求。起動力矩足夠＞（鋼包車靜轉(zhuǎn)矩＋摩擦轉(zhuǎn)矩），以滿足重載起動的要求(包內(nèi)澆灌鋼水)。
(2)升降轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào),性能穩(wěn)定可靠,以適應(yīng)生產(chǎn)要求高速運轉(zhuǎn)的需要。
(3) 采用雙電機驅(qū)動,要求2 臺電機速度偏差小于6rpm ,兩電機轉(zhuǎn)矩偏差小于輸出轉(zhuǎn)矩的5 %。以保證2 臺電機負(fù)荷的均衡性。
3．變頻器選型
由于AB 1336 IMPACT變頻器具有FORCE矢量控制技術(shù)，可獨立控制交流電機的轉(zhuǎn)矩和磁通，適用于沖擊負(fù)載和需要大的起動轉(zhuǎn)矩場合，具有出色的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制功能，且在零速時仍能產(chǎn)生滿轉(zhuǎn)矩，完全滿足雙電機拖動的需要,故我們選擇了1336E變頻器作為臺車升降控制。
1336 PlUSⅡ變頻器具有無傳感器矢量控制功能，可以滿足臺車走行的要求，我們選擇1336F變頻器作為走行控制。
4．控制應(yīng)用要點
(1) 重載起動和停車
中間包為重型設(shè)備, 其負(fù)載變化范圍是相當(dāng)大,其自重近30t ,再加上鋼水可達80t 。1336E系列變頻器是目前最先進的變頻控制設(shè)備,對電機參數(shù)具有自整定優(yōu)化運行功能,能充分發(fā)揮電動機的潛能,達到最優(yōu)控制。
對于升降控制，起動尤為重要，如果變頻器運行后，提升力矩不足的話一旦制動閘打開就會出現(xiàn)溜鉤或鋼包滑落無法控制而快速下降，造成設(shè)備損壞事故。停車時，如果速度和制動閘配合不好，也會出現(xiàn)過早制動造成制動閘壽命縮短。
解決方案：見原理圖2
圖2 臺車升降電氣原理圖
利用變頻器數(shù)字量輸出接口，可編程為零速，和轉(zhuǎn)矩輸出功能。
起動時，通過使能1336E內(nèi)置功能塊邏輯加減功能(P212=16)，鏈接P86---＞P198和P201，對于提升轉(zhuǎn)矩設(shè)定值可在P199中設(shè)定，下降轉(zhuǎn)矩設(shè)定值可在P202中設(shè)定，P200=11，P203=9，P208=1,P209=0,輸出值連接至數(shù)字量輸出3(P189=37)控制制動閘。因此可靈活設(shè)定提升轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.2-1.5倍和下降轉(zhuǎn)據(jù)為額定轉(zhuǎn)矩的0.3-0.5倍來控制制動閘，確保平穩(wěn)起動。
停車時，設(shè)定數(shù)字量輸出1(P114=15)，和P19保證電機在零速時，才開始控制制動閘的抱閘。
(2) 回饋電能的處理
由于重載下降時，鋼包車因自身的重力而下降，電動機的轉(zhuǎn)速將超過同步轉(zhuǎn)速而進入再生制動狀態(tài)。電動機的旋轉(zhuǎn)方向是下降的，但其轉(zhuǎn)矩的方向卻與旋轉(zhuǎn)方向相反，見圖3。
圖3 重載下降時的工作點
因此，無論減速過程還是對于鋼包車重載下降時釋放位能通過電動機轉(zhuǎn)換成電能都將回饋給變頻器，造成變頻器直流母線電壓升高。
解決方案一：選擇制動單元和制動電阻把電能轉(zhuǎn)化為熱能消耗。
解決方案二：選擇回饋單元把電能送回電網(wǎng)。不考慮初期投資該方案有很好的經(jīng)濟性，1336 Regen即可滿足。
由于中間包臺車為雙電機驅(qū)動,故出力的均衡性也是關(guān)鍵問題之一,兩臺電機只有提供相同的轉(zhuǎn)矩,這樣才能保證設(shè)備可靠安全運行。從而保證電機既不過載也不欠載。
解決方案一：利用變頻器的速度下垂跟隨功能，見圖4
圖4
速度給定分別控制2臺變頻器，每臺變頻器在速度PI調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)置Droop值(P46=5%)，保證變頻器控制電機的機械特性有一定的下垂，這樣一來2臺變頻器即可在保持速度同步的前提下，輸出轉(zhuǎn)矩相對均衡。
解決方案二：利用變頻器的主從控制功能實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩跟隨
1臺變頻器主機作為速度控制，另1臺變頻器從機做轉(zhuǎn)矩控制。見圖5
圖5 轉(zhuǎn)矩跟隨
即從變頻器跟隨主變頻器的轉(zhuǎn)矩給定運行。由于在主從控制模式中每個電機都有獨立的拖動系統(tǒng), 主機或從機的獨立運行可以用于冗余運行。即可以通過數(shù)字輸入口完成速度控制和轉(zhuǎn)矩控制之間的自由切換, 使之成為完善的獨立拖動系統(tǒng)。
5 應(yīng)注意的問題
(1) 由于采用雙機同步控制, 主機和從機不存在速度誤差, 這樣2 個電動機傳動裝置之間的受載力矩相當(dāng)均衡, 不僅可以直接剛性連接, 而且明顯保證了傳動裝置在磨損后的同步性, 提高了使用期限。
(2) 由于臺車對走行的控制要求不是很高，因此在改造中我們使用了1336F變頻器也取得了很好的效果。
（3）變頻調(diào)速系統(tǒng)具有非常優(yōu)良的調(diào)速性能和全面的保護功能。在臺車極為頻繁使用情況下, 故障率很低, 明顯減少維護保養(yǎng)時間。
（4）在鞍鋼二煉鋼廠連鑄系統(tǒng)的改造過程中，應(yīng)用1336E和1336F變頻器我們先后改造了大包旋回、結(jié)晶器振動、扇形段拉矯輥、切下輥道、切割機等工藝段的變頻控制，實際的運行效果十分令人滿意。這充分說明Rockwell變頻器有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻：
1．1336 IMPACT Adjustable Frequency AC Drive User Manual。
2．1336 PLUSⅡ Adjustable Frequency AC Drive User Manual。
3．鋼鐵工業(yè)自動化 煉鋼卷。
阮程，鞍山海匯自動化有限公司工程經(jīng)理，專門從事傳動工程的設(shè)計和開發(fā)。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號