PLC和變頻器控制的氧槍升降系統

為改善生產(chǎn)環(huán)境，淘汰落后工藝，1999年寶山鋼鐵股份有限公司計劃在不銹鋼分公司建立新的擁有230萬(wàn)t碳鋼和72萬(wàn)t不銹鋼生產(chǎn)能力的煉鋼廠(chǎng)，其中碳鋼線(xiàn)采用了日本著(zhù)名的鋼鐵制作公司KHI設備。其中兩座150t BOF碳鋼頂底吹轉爐采用了當今碳鋼牛產(chǎn)最先進(jìn)的脫磷脫碳雙聯(lián)法冶煉工藝，是碳鋼生產(chǎn)線(xiàn)的關(guān)鍵沒(méi)備之一。

1 系統組成和功能要求

　　系統主要由富土電機公司的ACS—PC2000系列PLC、FRIENIC 4000CM5整流器、FRENIC 4000VM5逆變器及其輔助設備組成，控制系統結構框圖如圖2所示。

　　由圖2可以看出，該系統主要由兩個(gè)部分組成，其中氧槍系統和副槍系統配置了一套獨立的ACS 2000 PLC用于邏輯聯(lián)鎖，并在電動(dòng)機的低速軸上配以專(zhuān)用的同步發(fā)送器(編碼器)和同步凸輪控制器來(lái)進(jìn)行位置控制.并通過(guò)FL-net方式與其他系統主PLC(ACS 200))通信，氧副槍3臺逆變器和本體PLC通過(guò)T-Link網(wǎng)一起構成高性能傳動(dòng)控制系統。氧槍升降的調速部分和轉爐傾動(dòng)、副槍系統共同選用Fuji電機公司的FRENIC系列高性能的矢量控制變頻器，由4套547 kW的整流裝置、7套225 kV·A逆變器通過(guò)公共直流母線(xiàn)構成，配以速度傳感器來(lái)測量升降電動(dòng)機的轉速。從而構成電動(dòng)機的閉環(huán)矢量控制系統，實(shí)現電動(dòng)機的交流變頻調速運行。為了確保生產(chǎn)，整流單元容量按每座轉爐4臺150 kW傾動(dòng)電動(dòng)機、2臺110 kW氧槍傳動(dòng)電動(dòng)機和l臺110kW副槍傳動(dòng)電動(dòng)機驅動(dòng)設計，每2套整流裝置互為備用。

　　PLC首先接收來(lái)自要求氧槍操作的各種信號，然后根據這些輸入信號的狀態(tài)，通過(guò)內部一系列復雜的控制程序，對各種信號的邏輯關(guān)系有序地進(jìn)行處理，最后向逆變器和各類(lèi)控制設備適時(shí)地發(fā)出開(kāi)關(guān)量控制信號，對氧槍進(jìn)行升降的位置控制。

　　在PLC向逆變器發(fā)出開(kāi)關(guān)量控制信號的同時(shí)，為了滿(mǎn)足工藝的要求，逆變器又需要通過(guò)與電動(dòng)機同軸的速度傳感器和PG卡，對電動(dòng)機完成速度榆測及反饋，形成閉環(huán)系統。速度傳感器輸出A、B兩相脈沖，Pc}接收到脈沖信號以后，再將此反饋給逆變器內部，以便進(jìn)行運算調節。根據A、B脈沖的相序，可判斷出電動(dòng)機的轉動(dòng)方向，并可以根據A、B脈沖的頻率測出電動(dòng)機的轉速。

　　為保持穩定或緊急情況下進(jìn)行抱閘，提升齒輪箱裝有機械制動(dòng)抱閘，此抱閘由電-液壓傳動(dòng)機構或緊急情況下由氣動(dòng)傳動(dòng)機構打開(kāi)，在緊急情況下，緊急氣動(dòng)電動(dòng)機投入代替電氣變頻電動(dòng)機。

　　2 系統功能的實(shí)現

　　2.1 操作方式

　　根據系統的控制特點(diǎn)，氧槍控制方式可分為現場(chǎng)控制和中央控制兩種，而中央控制又可分為中央自動(dòng)、中央手動(dòng)、緊急提升三種。

　　(1)操作地點(diǎn)為便于現場(chǎng)調試、檢查以及根據生產(chǎn)實(shí)際情況，設立中央/現場(chǎng)選擇，使操作人員能在現場(chǎng)控制氧槍升降小車(chē)的運行?，F場(chǎng)控制方式的操作在氧槍升降傳動(dòng)裝置旁(50 m平臺)的現場(chǎng)操作箱1上和氧槍人孔位置(25 Ill平臺)的現場(chǎng)操作箱2上?，F場(chǎng)模式可以在兩個(gè)現場(chǎng)操作箱中的任一個(gè)上進(jìn)行選擇，把選擇開(kāi)關(guān)由“中央”切換到位置“現場(chǎng)”。進(jìn)行選擇后，現場(chǎng)操作箱1或2上的信號燈“LOCAL”顯示，同時(shí)在中央主操作室CRT的氧槍操作畫(huà)面上顯示氧槍在現場(chǎng)的操作模式。從現場(chǎng)模式返回到中央模式時(shí)，把現場(chǎng)操作箱1和2上的選擇開(kāi)關(guān)從“現場(chǎng)”再切換到“中央”，即兩個(gè)現場(chǎng)操作箱上的選擇開(kāi)關(guān)都位于“中央”位置，同時(shí)在中央主操作室CRT的氧槍操作畫(huà)面上將操作模式設定為中央模式，這樣進(jìn)行選擇后，現場(chǎng)操作箱1和2上的“REMOTE”信號燈全部顯示，同時(shí)在中央主操作室CRT的氧槍操作畫(huà)面上顯示氧槍在中央的操作模式。

　　(2)操作方式控制系統滿(mǎn)足煙罩在工作位、轉爐在垂直位、控制電源正常、編碼器正常、鋼絲繩壓力正常、不在緊停狀態(tài)、不在緊提狀態(tài)的條件后，操作人員操縱各相應的按鈕，即可正常運行。

　　1)自動(dòng)方式。只能在中央操作室操作站(CRT畫(huà)面)上操作，即在轉爐吹煉過(guò)程中，當吹煉條件滿(mǎn)足時(shí)，PLC就接受來(lái)自上位機的指令，通過(guò)T-Lnk通信，逆變器就獲得設定的正向給定，氧槍高速向下運行，與減速機同軸的同步發(fā)送器進(jìn)行高速計數，將同步檢測到的機械位置轉變?yōu)殡娦盘?，并將它連接至同步凸輪控制器，轉換為數字信號和內部設定值進(jìn)行比較，將比較結果發(fā)送給PLC，到減速值時(shí)減速、停車(chē)值時(shí)停車(chē)，完成向下的全程運行。當吹氧完了后，電動(dòng)機作反向運行，原計數器做減計數，減至停車(chē)值時(shí)，電動(dòng)機停車(chē)并完成一個(gè)循環(huán)動(dòng)作。

　　2)手動(dòng)高速方式。根據現場(chǎng)的實(shí)際情況，通過(guò)CRT上的操作按鈕或現場(chǎng)操作箱的手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)，來(lái)對氧槍進(jìn)行上升或下降的操作，這樣逆變器就獲得設定的正向/反向給定，氧槍高速向上/向下運行，與減速機同軸的同步發(fā)送器進(jìn)行高速計數，將同步檢測到的機械位置轉變?yōu)殡娦盘?，并將它連接至同步凸輪控制器，轉換為數字信號和內部設定值進(jìn)行比較，到減速值時(shí)減速、停車(chē)值時(shí)停車(chē)，完成全程運行。

　　3)手動(dòng)低速方式。為便于觀(guān)察氧槍運行的實(shí)際情況，在選用手動(dòng)低速操作方式時(shí)，不管上升還是下降，氧槍升降速度不受升降位置的限制，整個(gè)的升降過(guò)程全部都是低速。只有操作方式選用手動(dòng)高速時(shí)，氧槍在整個(gè)的行程中，才能根據升降的位置圖不斷調整升降的速度。