转炉倾动主从控制方法研究

转炉倾动主从控制方法研究

尤立栋

（中天钢铁集团有限公司江苏常州213011）

摘要：本文通过对转炉倾动控制系统的改造，消除了转炉点头、抖动、下滑等现象，提高了倾动控制系统的可靠性，实际应用中该系统稳定性好、动态响应快、速度控制精确、电机间转矩平衡性好，转炉倾动系统运行更加平稳，机械冲击小，提高了设备使用寿命。

关键词：转炉倾动；主从控制

1.某炼钢厂2010年建设投产的三座转炉，倾动系统按全正力矩设计，平均出钢量为120吨，最大出钢可达130吨。2015年9月对三座转炉不改变炉壳、托圈及倾动机构只减薄炉衬实现了扩容改造。扩容后出钢量达到145吨，承载能力受到了严重的考验，转炉倾动控制系统对扩容后的转炉不适应，出现点头、抖动、下滑等现象，减速机运行状况恶劣，减少设备使用寿命。为不影响生产的安全性，保证设备的继续安全运行，有必要对现有倾动控制系统进行改造。

1倾动系统特点分析

1.1高启动转矩，低速运行

120吨转炉加入铁水后，重量达到1000多吨，要使转炉倾动启平滑启动，就需要在低速情况下施加巨大的启动转矩。转炉正常运行转速为0.1-1.5r/min。

1.2起动、制动频繁，承受较大的动负荷在30~40分钟的冶炼周期内，转炉要进行兑铁水、摇炉、取样、出钢、倒渣以及清炉口等操作。起动、制动经常在30~50次，倾动机械工作繁重、条件恶劣。

1.3运行快速平稳

转炉倾动系统在运行中要求同步性好，转炉本体起、停和倾动时快速平稳，充分满足生产要求。

2转炉扩容后力矩分析

转炉扩容后，空炉力矩及炉液力矩增大，力矩整体状态相对旧炉结渣力矩平稳。其力矩曲线如图1所示。

为了消除转炉点头、抖动、下滑现象，结合转炉倾动系统的特点，我们在计算机控制系统设计及变频器控制策略两方面对原系统进行了改造并成功应用。

3计算机控制系统

3.1计算机控制系统组成

转炉倾动控制系统PLC选用西门子S7400系列，变频器选用西门子6SE7036315KW变频器。变频器PLC之间采用PROFIBUSDP通讯方式进行命令传输及数据交换。变频器通过电机安装的编码器，实时采集电机转速，实现转炉的精确定位控制。

3.2软件设计优化

分析转炉倾动力矩分布及转炉工艺，转炉倾动最高限速为35HZ，单独区分零位、加废钢、兑铁水、放钢四个区间。软件设计思路如表1所示。

（1）零位区间：摇炉回零位，速度限制为25→0HZ；摇炉离开零位，速度限制为0→35HZ。

（2）加废钢区间：进入加废钢过程，速度限制为0→25HZ；加完离开，速度限制为35→0HZ。

（3）加铁水区间：进入加铁水过程，速度限制为0→15HZ；加完离开，速度限制为35→0HZ。

（4）放钢区间：进入放钢过程，速度限制为0→15HZ；放钢完成离开，速度限制为35→0HZ。

4变频器控制策略优化

4.1传统倾动变频器控制方法

传统的转炉倾动系统采用变频器一主三从的控制方法，一台主变频器采用速度环加转矩环的双闭环控制方式，其它三台从变频器采用转矩闭环控制方式。主从变频器之间通过光纤同步卡实现同步运行。由于主电机采用速度闭环控制方式，而四台电机都是机械强迫同步，所以主电机的速度即为整个系统的运行速度，主电机的速度闭环控制保证了整个系统运行速度的稳定。由于三台从电机采用转矩闭环控制，且跟随主电机转矩，则四台电机的实际转矩也能保持同步。但是传统主从方式主要存在以下缺点：

（1）整个系统对主电机或主变频器依赖过高。

如果主电机，主变频器出现故障，整个系统将受到很大影响甚至停机。

（2）转炉制动过程中，从电机跟随主电机力矩同步，速度不可控，容易产生转炉倾动机构震动大，转炉点头、抖动等现象，造成设备损伤。

4.2变频器控制策略优化

为避免主从控制的缺点，我们对变频器的控制策略进行了改造。主要改造思路是通过实现主从控制与速度控制之间的无扰动切换，实现了转炉传动系统的平稳运行。实际应用中把转炉倾动分为两个阶段，一是启动运行阶段，二是制动停止阶段。启动运行阶段采用传统主从控制方式，实现转炉倾动系统的平稳启动运行；制动停车阶段，四台变频器接收到PLC发出的停车指令，自动切换到速度控制方式，电机快速电气制动减速，变频器检测到所有电机速度接近0后，发出机械制动指令，关闭抱闸，转炉停止，变频器恢复主从控制方式。

5.通过对转炉倾动控制系统的改造，消除了转炉点头、抖动、下滑等现象，提高了倾动控制系统的可靠性，实际应用中该系统稳定性好、动态响应快、速度控制精确、电机间转矩平衡性好，转炉倾动系统运行更加平稳，机械冲击小，提高了设备使用寿命。实际应用效果如图2所示。

结语：本文主要针对某炼钢厂转炉系统中的转炉倾动控制部分进行了设计。文中较为详尽的介绍了转炉倾动的计算机控制系统组成及其软件结构，并对基于矢量控制方案进行了探讨研究。提出一种新的转炉倾动装置的控制方法，该方法区别于传统主从控制方法，通过PLC与变频器的通信，实现主从控制与速度控制的无扰切换，最终实现转炉倾动系统的平稳停车。

参考文献：

[1]西门子自动化驱动集团客户支持部，传动装置调试STARTER[Z].2009.

[3]冯捷．转炉炼钢生产[M]．北京：；台金工业出版社，2006

[4]冯斌，李洁，郭孝丽．变频器在转炉倾动中的应用[A]．中国计量协会冶金分会2011年会论文集[C].2011.