胡立偉

摘要：現(xiàn)如今的高爐金屬冶煉過程中，在自動(dòng)化控制高爐的體系中，核心部分就是上料控制系統(tǒng)。上料系統(tǒng)從以具體的生產(chǎn)工藝要求作為基礎(chǔ)，將槽下準(zhǔn)備好的原料穩(wěn)定安全的運(yùn)輸?shù)礁郀t爐頂，為了有效控制上料系統(tǒng)，ABB變頻器得以在高爐卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，本文就ABB變頻器在高爐卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)中的應(yīng)用展開了研究。

關(guān)鍵詞：高爐卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng);ABB變頻器;PLC

1.ABB變頻器中應(yīng)用的技術(shù)分析

1.1主從控制技術(shù)

這一技術(shù)主要是被應(yīng)用在多電機(jī)傳動(dòng)中，借助光纖連接各個(gè)變頻器，并將其中的變頻器設(shè)置為主機(jī)，其余的均為從機(jī)。主從機(jī)的電機(jī)軸是一種剛性的連接，主要是由減速機(jī)、鋼絲繩、卷筒三者進(jìn)行連接。包括啟停在內(nèi)的外部信號(hào)只能夠和主機(jī)變頻器進(jìn)行連接。通過光纖主機(jī)就可以很好的在控制及傳輸轉(zhuǎn)矩給定值的前提下，實(shí)現(xiàn)有效控制從機(jī)的目標(biāo)。主機(jī)主要負(fù)責(zé)控制速度，而從機(jī)主要負(fù)責(zé)控制轉(zhuǎn)矩，從機(jī)的轉(zhuǎn)矩及速度信號(hào)是主機(jī)以自身轉(zhuǎn)矩輸出比例作為基礎(chǔ)計(jì)算得出結(jié)果之后給予的，可以做到有效平衡控制負(fù)載。當(dāng)在一個(gè)合理正常運(yùn)行范圍內(nèi)的時(shí)候，從內(nèi)的速度調(diào)節(jié)器輸出數(shù)值為0，從機(jī)可以做到緊緊跟隨主機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定，做到負(fù)載的始終平衡。在主從機(jī)速度存在一定差異，并且這個(gè)速度差異維持在窗口范圍內(nèi)的情況下，窗口控制的存在會(huì)將從機(jī)速度調(diào)節(jié)器的輸入和輸出數(shù)值都維持在0，從而保障從機(jī)再次跟隨主機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定，始終平衡負(fù)載。而當(dāng)這個(gè)差異數(shù)值超過窗口范圍的情況下，出于平衡負(fù)載的目的，窗口就會(huì)將速度差異數(shù)值骨和速度調(diào)節(jié)器進(jìn)行連接，速度調(diào)節(jié)器就可以提輸出數(shù)值或者是將內(nèi)部轉(zhuǎn)矩給定數(shù)值降低，知道達(dá)到全新的負(fù)載平衡為止。

1.2直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)

這一技術(shù)是在上世紀(jì)80年代中期提出的，隨后ABB變頻器中的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)研究就逐漸走入到研究人員視野中。從本質(zhì)上來(lái)看，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)就是一種以電機(jī)電磁狀態(tài)作為出發(fā)點(diǎn)的直接控制轉(zhuǎn)矩及速度的一項(xiàng)技術(shù)，具體一些來(lái)說(shuō)，就是將一個(gè)交流異步電機(jī)的軟件數(shù)學(xué)模型置入ABB變頻器的內(nèi)部，通過實(shí)時(shí)測(cè)量直流母線的電壓、開關(guān)狀態(tài)來(lái)確定一組精準(zhǔn)度較高的定子磁通和電機(jī)轉(zhuǎn)矩的實(shí)際數(shù)值，并在控制輸出單元開關(guān)狀態(tài)的過程中直接使用這些參數(shù)，變頻器的任意一次開關(guān)狀態(tài)確定都是獨(dú)立的，換言之，開關(guān)組合的最佳搭配可以針對(duì)負(fù)載的變化實(shí)施及時(shí)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，從真正意義上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的目標(biāo)。

2.高爐卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)組成分析

高爐料車卷?yè)P(yáng)機(jī)在使用的過程中需要滿足如下的幾點(diǎn)要求：第一，具備足夠的物料運(yùn)輸能力，具體一些來(lái)說(shuō)就是上料速度可以滿足高爐生產(chǎn)過程的實(shí)際需求。第二，要保持穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，確保高爐生產(chǎn)得以連續(xù)順利進(jìn)行。第三需要做到上料的自動(dòng)化操作，并且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，以便于今后維護(hù)工作的有效開展和落實(shí)。一般而言，高爐卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)中使用的都是斜橋式料車上料系統(tǒng)。這一系統(tǒng)主要是由斜橋、料車、卷?yè)P(yáng)電機(jī)三部分共同組成的。在具體的工作過程中，一臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)需要同時(shí)拖動(dòng)兩臺(tái)料車，料車本身位于斜橋軌道上，載料車裝滿爐料處于上升狀態(tài)的情況下，空車需要做到下行，從本質(zhì)上來(lái)看，空料車相當(dāng)于一個(gè)平衡車，主要是為平衡料車自身的重量。由此不難看出這一形式的高爐卷養(yǎng)上料系統(tǒng)是由兩輛料車交替進(jìn)行上料工作的。在斜橋上的料車運(yùn)動(dòng)，主要可以分為啟動(dòng)、加速、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、傾翻和制動(dòng)這6個(gè)階段。在具體的運(yùn)行過程中，電機(jī)始終處于一種負(fù)載狀態(tài)，并且在整個(gè)過程中包括了兩次減速和一次加速狀態(tài)。同時(shí)，料車的運(yùn)動(dòng)速度和自身的加速度，對(duì)于料車提升一次所需要的具體時(shí)間有著顯著的影響。

3.高爐卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)中應(yīng)用ABB變頻器的分析

3.1主從控制方案的應(yīng)用

ABB變頻器所用的主從控制技術(shù)本身就是為適應(yīng)多傳動(dòng)應(yīng)用而研發(fā)出來(lái)的，整體系統(tǒng)交由多個(gè)變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這一技術(shù)的應(yīng)用使得負(fù)載可以較為均勻分配到各個(gè)傳動(dòng)單元上。在高爐上料系統(tǒng)中應(yīng)用ABB變頻器，其中的主機(jī)變頻器需要使用速度控制模式，從機(jī)變頻器則是需要使用轉(zhuǎn)矩控制模式，確保各個(gè)傳動(dòng)單元之間的速度維持同一個(gè)數(shù)值上。全部的外部控制信號(hào)只能夠和主機(jī)變頻器的數(shù)字輸入口進(jìn)行連接，從機(jī)的控制信號(hào)來(lái)源是主機(jī)，并不需要二次接受外部信號(hào)。因?yàn)閺臋C(jī)不會(huì)借助串行主從機(jī)的方式將數(shù)據(jù)反饋到主機(jī)中，只需要使用一根單獨(dú)的電纜將從機(jī)故障信息端口和主機(jī)的啟動(dòng)連鎖端口進(jìn)行連接，就可以實(shí)現(xiàn)在從機(jī)出現(xiàn)故障問題的時(shí)候，主從機(jī)同步停止運(yùn)行的目標(biāo)。

3.2電機(jī)運(yùn)行方向控制

從主從控制的原理出發(fā)，為實(shí)現(xiàn)有效控制電機(jī)運(yùn)行方向的目標(biāo)，與之相關(guān)的線路連接和參數(shù)設(shè)定只需在主機(jī)上進(jìn)行即可。高爐卷?yè)P(yáng)上料的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由PLC控制器進(jìn)行控制的，自動(dòng)和手動(dòng)控制料車皆可，前者也是交由PLC控制器完成，而后者則是由人工控制操作臺(tái)的開關(guān)來(lái)完成的。上料車本身是一個(gè)重在負(fù)荷系統(tǒng)，出于控制的安全問題，在信號(hào)的傳輸過程設(shè)計(jì)中可以使用電纜的一對(duì)一信號(hào)傳輸。PLC輸出的兩個(gè)正反向運(yùn)行數(shù)字信號(hào)需要和手動(dòng)的開關(guān)信號(hào)一起通過控制選擇，并在經(jīng)過保護(hù)聯(lián)鎖之后，就可以將信號(hào)的接入到變頻器的兩個(gè)輸入點(diǎn)內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)有效控制變頻器啟動(dòng)等動(dòng)作的目標(biāo)。

3.3變頻器多步速的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

當(dāng)上料小車處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，速度會(huì)發(fā)生不同的變化，在這一背景下，控制上料小車不同速度階段及停車點(diǎn)位置有著十分關(guān)鍵的作用。在上料小車減速位置滯后的情況下，就會(huì)導(dǎo)致停車時(shí)有著較快的速度和劇烈竄動(dòng)，容易造成料車掛頂而造成設(shè)備損壞。停車點(diǎn)位置靠前則會(huì)帶來(lái)上料小車無(wú)法精準(zhǔn)到達(dá)受料斗的問題。出于料車定位精準(zhǔn)化的考量，可以通過結(jié)合使用多圈光電編碼器和PLC控制來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。前者需要直接安裝在上料小車鋼絲繩卷筒軸上，這樣一來(lái)，多圈光電編碼器一圈發(fā)出的1024個(gè)脈沖就會(huì)和卷筒一圈鋼絲繩的長(zhǎng)度完全對(duì)應(yīng)，具體來(lái)說(shuō)，卷筒周長(zhǎng)除以1024得出的數(shù)值就是一個(gè)脈沖數(shù)對(duì)應(yīng)的鋼絲繩長(zhǎng)度。在系統(tǒng)中，設(shè)置上料車在料坑內(nèi)最低點(diǎn)位置為0，在上料小車逐漸上升的過程中，編碼器產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)傳輸?shù)絇LC中，PLC中的計(jì)數(shù)值也會(huì)不斷的上升，借此就可以十分有效地判斷出軌道上上料小車的實(shí)時(shí)位置。

變頻器具備的多步速功能，從本質(zhì)上來(lái)看，就是在結(jié)合使用不同的數(shù)字輸入端子組合及軟件參數(shù)設(shè)定的前提下，做到上料小車運(yùn)行速度的階段性變化，在外部連線完成之后，變頻器的START FUNCTION需要設(shè)定為CNST DC MAGN（就是恒定直流勵(lì)磁方式），但考慮到高瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩應(yīng)用的具體需求，恒定預(yù)勵(lì)磁時(shí)間需要設(shè)置得足夠長(zhǎng)，借此產(chǎn)生充足的勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩，至于時(shí)間的設(shè)置長(zhǎng)短則需要以實(shí)際的使用需求為基礎(chǔ)。

4.總結(jié)

高爐卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)中，ABB變頻器的有效應(yīng)用，尤其是直接轉(zhuǎn)矩控制和主從控制技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了高爐上料車的重載啟動(dòng)和定位精準(zhǔn)性中存在的問題，同時(shí)在同步多傳動(dòng)問題解決中也會(huì)發(fā)揮了重大的作用，在縮減整個(gè)系統(tǒng)規(guī)模的同時(shí)將投資量和維護(hù)工作量做出了削減。再加之和多圈光電編碼、PLC控制器綜合使用組成的控制系統(tǒng)，不但在操作簡(jiǎn)便性和精度上有著巨大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)維護(hù)工作開展也變得十分便利，可以很好的滿足高爐上料系統(tǒng)使用的各項(xiàng)要求。

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