PLC和變頻器控制的氧槍升降系統(tǒng)

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t碳鋼和72萬t不銹鋼生產(chǎn)能力的煉鋼廠，其中碳鋼線采用了日本著名的鋼鐵制作公司KHI設(shè)備。其中兩座150t BOF碳鋼頂?shù)状缔D(zhuǎn)爐采用了當今碳鋼牛產(chǎn)最先進的脫磷脫碳雙聯(lián)法冶煉工藝，是碳鋼生產(chǎn)線的關(guān)鍵沒備之一。

1 系統(tǒng)組成和功能要求

　　系統(tǒng)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(shè)備組成，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　由圖2可以看出，該系統(tǒng)主要由兩個部分組成，其中氧槍系統(tǒng)和副槍系統(tǒng)配置了一套獨立的ACS 2000 PLC用于邏輯聯(lián)鎖，并在電動機的低速軸上配以專用的同步發(fā)送器(編碼器)和同步凸輪控制器來進行位置控制.并通過FL-net方式與其他系統(tǒng)主PLC(ACS 200))通信，氧副槍3臺逆變器和本體PLC通過T-Link網(wǎng)一起構(gòu)成高性能傳動控制系統(tǒng)。氧槍升降的調(diào)速部分和轉(zhuǎn)爐傾動、副槍系統(tǒng)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逆變器通過公共直流母線構(gòu)成，配以速度傳感器來測量升降電動機的轉(zhuǎn)速。從而構(gòu)成電動機的閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)電動機的交流變頻調(diào)速運行。為了確保生產(chǎn)，整流單元容量按每座轉(zhuǎn)爐4臺150 kW傾動電動機、2臺110 kW氧槍傳動電動機和l臺110kW副槍傳動電動機驅(qū)動設(shè)計，每2套整流裝置互為備用。

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

　　在PLC向逆變器發(fā)出開關(guān)量控制信號的同時，為了滿足工藝的要求，逆變器又需要通過與電動機同軸的速度傳感器和PG卡，對電動機完成速度榆測及反饋，形成閉環(huán)系統(tǒng)。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(nèi)部，以便進行運算調(diào)節(jié)。根據(jù)A、B脈沖的相序，可判斷出電動機的轉(zhuǎn)動方向，并可以根據(jù)A、B脈沖的頻率測出電動機的轉(zhuǎn)速。

　　為保持穩(wěn)定或緊急情況下進行抱閘，提升齒輪箱裝有機械制動抱閘，此抱閘由電-液壓傳動機構(gòu)或緊急情況下由氣動傳動機構(gòu)打開，在緊急情況下，緊急氣動電動機投入代替電氣變頻電動機。

　　2 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

　　2.1 操作方式

　　根據(jù)系統(tǒng)的控制特點，氧槍控制方式可分為現(xiàn)場控制和中央控制兩種，而中央控制又可分為中央自動、中央手動、緊急提升三種。

　　(1)操作地點為便于現(xiàn)場調(diào)試、檢查以及根據(jù)生產(chǎn)實際情況，設(shè)立中央/現(xiàn)場選擇，使操作人員能在現(xiàn)場控制氧槍升降小車的運行?，F(xiàn)場控制方式的操作在氧槍升降傳動裝置旁(50 m平臺)的現(xiàn)場操作箱1上和氧槍人孔位置(25 Ill平臺)的現(xiàn)場操作箱2上?，F(xiàn)場模式可以在兩個現(xiàn)場操作箱中的任一個上進行選擇，把選擇開關(guān)由“中央”切換到位置“現(xiàn)場”。進行選擇后，現(xiàn)場操作箱1或2上的信號燈“LOCAL”顯示，同時在中央主操作室CRT的氧槍操作畫面上顯示氧槍在現(xiàn)場的操作模式。從現(xiàn)場模式返回到中央模式時，把現(xiàn)場操作箱1和2上的選擇開關(guān)從“現(xiàn)場”再切換到“中央”，即兩個現(xiàn)場操作箱上的選擇開關(guān)都位于“中央”位置，同時在中央主操作室CRT的氧槍操作畫面上將操作模式設(shè)定為中央模式，這樣進行選擇后，現(xiàn)場操作箱1和2上的“REMOTE”信號燈全部顯示，同時在中央主操作室CRT的氧槍操作畫面上顯示氧槍在中央的操作模式。

　　(2)操作方式控制系統(tǒng)滿足煙罩在工作位、轉(zhuǎn)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(yīng)的按鈕，即可正常運行。

　　1)自動方式。只能在中央操作室操作站(CRT畫面)上操作，即在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，當吹煉條件滿足時，PLC就接受來自上位機的指令，通過T-Lnk通信，逆變器就獲得設(shè)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)送器進行高速計數(shù)，將同步檢測到的機械位置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⑺B接至同步凸輪控制器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號和內(nèi)部設(shè)定值進行比較，將比較結(jié)果發(fā)送給PLC，到減速值時減速、停車值時停車，完成向下的全程運行。當吹氧完了后，電動機作反向運行，原計數(shù)器做減計數(shù)，減至停車值時，電動機停車并完成一個循環(huán)動作。

　　2)手動高速方式。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，通過CRT上的操作按鈕或現(xiàn)場操作箱的手動操作開關(guān)，來對氧槍進行上升或下降的操作，這樣逆變器就獲得設(shè)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)送器進行高速計數(shù)，將同步檢測到的機械位置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并將它連接至同步凸輪控制器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號和內(nèi)部設(shè)定值進行比較，到減速值時減速、停車值時停車，完成全程運行。

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