变频器在唐山国丰钢铁公司高炉探尺上的应用

变频器在唐山国丰钢铁公司高炉探尺上的应用收藏此信息打印该信息添加：施耐德电气（中国）投资有限公司邢建中来源：未知1引言唐山国丰钢铁集团有限公司南区300万吨技改工程1780m3高炉总投资74996万元，包括：高炉上料系统、高炉本体、出铁场、热风炉、渣处理、煤气布袋除尘设施、高炉给水设施、供配电设施、汽动鼓风机系统、trt系统、区域综合管线等，中冶实久电装分公司承担了其中热风炉、高炉本体、上料系统、矿槽、除尘系统、区域变电所、trt余压发电系统等的电气设备、仪表的安装、调试施工。plc用的是施耐德quantumplc，其高炉基础自动化系统配置如图1所示。传动部分（包括探尺部分）用的是施耐德变频器。图1高炉基础自动化系统配置图探尺装置用于准确探测料面下降情况，以便及时上料。即可防止料满时开大钟顶弯钟杆，又防止亏料时炉顶温度升高，烧坏炉顶设备。当探尺卷扬机卷筒转动时通过钢丝绳带动探料尺外卷筒一起动作，外卷筒带动与之同轴的链环卷筒转动，带动链环和重锤，从而完成探料的作用。此次探尺用的是施耐德71变频器atv71hu40n4，电机功率是2.2kw，额定电流是3.8a，额定转速是960r/min。2新型高炉探尺工艺控制过程新型高炉探尺采用交流变频电机传动，高性能电流矢量型变频调速器驱动控制。高炉探尺作为监视和控制高炉内料位的重要设备，其控制的关键点在于准确地进行料面跟踪。(1)保证探尺的重锤在下放过程中能均匀、顺畅、可控的下放；(2)重锤在下放到料面后，“浮”在料面上，重锤不倒不歪，随着料面的下降自动平稳地下降，即一直“浮”在料面上，保持力矩的动平衡；(3)探尺重锤可控稳定地快速提升；(4)探尺重锤可控、准确、平稳地停车。3探尺工作过程探尺由重锤、链条和钢绳相连，而链条较重，探尺在下放过程中，当探尺上的链条离开链轮箱时，须考虑链条的重量，补偿探尺的力矩。(1)探尺起动。探尺收到下探信号后，小速度恒力矩开始下放；(2)探尺放尺。探尺下放过程中，采用力矩控制，匀速下放，这一过程电机处于再生发电状态；(3)探尺到达料面。探尺下放到料面是一个关键的转折点，当重锤到达料面后，电机应结束下放，重锤立于料面，“浮”在料面上，重锤不倒不歪；(4)探尺跟踪料面。当重锤到达料面后，电机由转速控制自动切换为电流控制（力矩控制）。电机由发电状态转到电动状态，电机带微张力（小电流）控制，电机用较小的张力提着重锤，在料面上保持动态平衡：--mg（重锤）＋n（链条）－f（料面浮力）＞t（张力）；--当料面下降时，f（料面浮力）减小，t（张力）增加，直到--mg（重锤）＋n（链条）－f（料面浮力）＝t（张力），达到新的平衡；--当料面上升时，f（料面浮力）增大，t（张力）减小，直到--mg（重锤）＋n（链条）－f（料面浮力）＝t（张力），达到新的平衡，探尺实时跟踪料面，直到所设定的料线。(5)探尺提尺。当料面检测完毕后，收到提尺信号，快速将探尺重锤提起到“零点”，这一过程电机处于电动状态。探尺控制方式如下：每个探尺在控制柜柜门都设有操作方式选择开关，包括：手动/自动，提尺/放尺,及相应指示等，可实现连续测量和点测料面。2个探尺可同时工作，也可以任选一个。手动方式可在柜门上操作，自动方式则由程序控制。4探尺传动柜主器件探尺自动控制方式也可在原高炉自动化系统基础上通过增加一批控制模板和元器件进行改造，也可以单独集成一个系统进行控制。探尺画面可考虑在原系统上位界面上组态。表1所示的是探尺柜主要器件。5探尺控制实现方法开环力矩限幅（有plc参与）:atv71不光有力矩控制，还有力矩限幅的功能，前者在闭环情况下，力矩比较非常好，完全满足探尺的力矩控制；后者可以在开环的情况下，通过plc判断力矩变化大到一定程度来激活，详细如下：(1)控制字5位c305用来激活力矩限幅，c305=1，则力矩限幅激活。(2)放尺。主要是plc的编程工作，plc给定－10hz放尺速度，因为放尺正常工作输出力矩变化不大，且为同一符号，当探尺到达料面后，力矩会发生大的变化，采样输出力矩的最近3个值，某一时刻采样的这3个值的平均值如果和前一采样时刻的3个值的符号相反，且差值大于一定数值（据现场调试确定），即让c305=1，激活力矩限幅（约35%左右）；同时plc给出一个提升速度10hz，因为电动力矩限幅在25％，所以此时变频器是不能把探尺拉起来的，探尺只能静止在料面上，跟着料面下降。(3)提尺。plc发出提尺命令后，把c315置0，关闭力矩限幅，plc给定10hz提升速度，探尺就能够提起来了。6参数设置6.1plc设置plc与变频的通讯用dp通讯，实现方法是plc把mb+通过网卡转成dp，再与变频通讯（用io模式）：plc通过sycon装入配置用gsd文件，而后分配给探尺合适的地址，设好波特率，编好控制变频和读取变频状态的程序，设好控制字（16进制：0是停止，1为正转，2为反转）。6.2变频器参数设置用i/0模式：正向运行命令被自动定义至输入li1和控制字的位0。此定义不能修改。运行命令在以下项为1时有效：输入li1，端子有效时控制字的位0，网络有效时控制字的位1至15可被定义给变频器功能。在两线制模式（2c）按状态运行命令和i/o配置文件情况下，使用以下代码可以实现功能输入的固定式定义(如表2所示)。6.3变频器的菜单变频器的菜单如图2所示。图2变频器的菜单应用命令通道1的设置要通过profibus-dp网络实现对变频器的启动、停止和速度给定的控制，当变频器插上通讯卡后，命令通道设置的选项里会增加一项“通讯卡”，所以选为通讯卡即可；给定1也是通过通讯给定速度，设置如下。在表2的变频器的1.6命令菜单里，当变频器插上通讯卡后，给定通道的选项里会新增一项选项：通信卡。笔者选其为“通信卡”即可。控制通道2由于用电位器和按钮，所以我们选控制通道和给定2通道都为端子，同时设为1/0控制模式，因要用c305实现激活限幅功能。在应用功能参数里的力矩限幅菜单中，选择c305为激活限幅功能，具体限幅大小要经调试确定。另外给定切换定义为其中一个端子即可。6.4变频器数据的读写定义经过上述步骤，就可以在plc中读写变频器的数据了。atv71变频器可以定义8个输入字com.scannerinput和8个输出字com.scanneroutput。这16个字就对应到了profibus-dp的pzd区域的前8个输入字和前8个输出字。最后两个输入字和最后两个输出字系统留做备用。变频器数据的读写com.scannerinput的定义如下：scan.in1address：3201→piw264scan.in2address：3202m→piw266scan.in3address：3216→piw268scan.in4address：0→piw270scan.in5address：0→piw272scan.in6address：0→piw274scan.in7address：0→piw276scan.in8address：0→piw2783201和3202和3204分别是变频器状态字(eta)的地址和输出频率和输出力矩的地址。对应到plc，就分别是piw264和piw266和piw268的值。输出地址同输入类似：scan.out1address：8501→pqw264scan.out2address：8502→pqw266scan.out3address：0→pqw268scan.out4address：0→pqw270scan.out5address：0→pqw272scan.out6addressscan.out7addressscan.out8address如果要运行，就给变频器发命令字cmd＝16#0001（正转），则正转；给变频器发命令字cmd＝16#0002，则变频器反转。把scan.out2设为8502则是定义为让通讯卡发出速度命令。7结束语通过应用证明用atv71变频器控制高炉探尺的控制方案是一种简单、可靠、节能、高效，保护功能齐全（过电流，过电压，欠电压，接地，过热，短路等），而且节约成本，便于自动控制的方案，完全可以替代传统的控制模式，具有很高的推广价值。作者简介邢建中(1977-)男售前支持工程师现供职于施耐德电气（中国）投资有限公司工业事业部,从事电气自动化技术工作。参考文献[1]施耐德altivar71变频器编程手册[2]唐山国丰钢铁厂1780高炉探尺控制图纸