转炉倾动论文

变频器主从半自动切换调速系统在转炉倾动传动中的应用攀钢信息工程公司技术中心研发部罗斌2010.06.02自我介绍各位评委好!我是罗斌,39岁,在攀信公司技术中心研发部工作.1991年毕业于四川大学无线电系电子技术专业.1991年分配到攀钢线材厂从事电气维护工作.2005年初调动到托日公司设计调试部,从事电气设计调试工作.2010年7月调动到攀信公司技术中心研发部工作.1.项目介绍•攀钢炼钢厂1、2、3号转炉始建于七十年代初期，从投产至今已有三十多年的历史。该转炉标称120吨，炉体总重五百余吨。冶炼周期约45分钟，吹炼时间为22分钟左右。上世纪90年代，转炉倾动传动系统已经由最初的F-D机组供电改造为西门子6RA24直流传动控制，采用4台82KW的直流电机并联拖动。2.老转炉倾动直流调速结构图结构特点:1.)采用西门子6RA24主控板作为直流传动的核心控制器件.2.)采用国产脉冲放大板对6RA24主控板的触发脉冲进行放大.3.)采用国产晶闸管整流桥进行整流扩容.4.)4台直流电机并联运行.缺点:1.)系统整体稳定性差.2.)直流电机维护工作量大.3.)系统老化严重.3.转炉倾动系统改造方案•3.1原倾动直流传动系统及直流电机拆除,另外为每座转炉选用四台西门子的6SE70系列的变频器，分别驱动一台交流电机，组成转炉的倾动主从传动系统。当倾动主从传动系统中任意一台变频器或电机出现故障时，剩余的三台变频器和电机仍然可以正常驱动转炉倾动，好处是显而易见的。•3.2倾动减速机利旧。•3.3氧枪提升的6RA24和直流提升电机也弃用，改用一台6SE70系列的变频器驱动一台交流电机作为转炉的氧枪提升之用。3.转炉倾动系统改造方案•半自动主从切换传动系统ProfibusDP2ProfibusDP1ProfibusDPS7-300PLC变频器倾动1#倾动2#变频器变频器倾动4#倾动3#变频器变频器氧枪提升REMOTOSTATIONSTATIONREMOTOS7-400PLC转炉本体控制PLC倾动传动控制PLC4、倾动电机的选型及负载核算4.1倾动电机的选型要求新选电机的中心标高低于原来的直流电机的中心标高,并且新选电机的转矩不低于原直流电机的转矩.根据上海南洋电机厂的电机规格表，转炉倾动传动选用四台型号为YTSZ315L-8的交流电机同步驱动。电机的参数：电机型号：YTSZ315L-8功率：132KW额定电流：265A额定转速：735转/分钟额定转矩：1680.8N*m过载倍数：2.8倍转动惯量：6.82Kg*m2重量：1160Kg4、2转炉倾动电机负载的核算转炉倾动电机负载的核算包括最大倾动力矩和倾动加速时间两项。转炉在正常工作时由四台同步主从运行的交流电机驱动，此时转炉最大顷动力矩是325T*M。在故障状态时（冻炉或塌炉），转炉最大顷动力矩为826.325T*M。因此只需要核算四台交流电机能否满足转炉冻炉事故状态的倾动即可。倾动转矩的核算•冻炉事故力矩：M=826(T*M)，倾动角为550，冻炉事故倾动力矩换算到单台电机轴上：•单台电机的最大转矩：•由于单台电机的最大转矩4704N*M大于冻炉事故倾动时所需的单台电机转矩3258.5N*M，所以电机满足转炉冻炉倾动最大转矩的要求。)(5.32584845.07358.9310826310MNKgMJMM)(N.λMM4704821680max倾动加速时间的核算•正常生产时，当转炉以每分钟1转的速度倾动时，所需倾动力矩为325T*M，电机转速为735转/分钟。倾动力矩作为阻力矩换算到单台电机轴上:)(12854845.07358.9310325310MNKgMMj•所以单台电机的加速力矩为：•减速机构的惯性矩取转炉惯性矩的20%。机械系统的惯性矩换算成电动机轴上的飞轮矩:)(39512851680MNMavgMMd)2M38.4(Kg1.20.84527353726429.841.2η2KJg421GD倾动加速时间的核算•电机从零速加速到额定转速所需的加速时间为：•t=2.2S+1.5S=3.7S•由上述计算可知，完全满足转炉倾动4.51S的启动加速时间要求•考虑到交流电机启动励磁所需时间取1.5S，则转炉倾动启动时间t为：SMddnGDdt2.23957353758.9)4.3882.6(37525、变频器传动装置容量的选择•在冻炉或塌炉的故障状态时，转炉最大顷动力矩为826.325T*M，冻炉事故倾动力矩换算到单台电机轴上的力矩为3258.5N*M，电机的额定转矩为1680N*M，此时电机的过载倍数为：•查西门子《SIMOVERTMASTERDRIVES矢量控制三相交流传动系统电压源型变频调速产品样本》，选用型号为6SE7035-1EK60的变频器。•6SE7035-1EK60变频器参数：•电源电压：AC400V功率容量：250KW•额定输出电流：510A最大输出电流：694A•λ=3258.5/1260=1.94倍,•所以此时电机电流为265A*1.94=514A•为确保变频器装置安全运行，装置的最大电流容量还要在电机最大电流的基础上放大1.2~1.3倍：所以变频器最大输出电流Ivvvf=514A*1.3=668A6、主从半自动切换调速系统的组成和控制原理•6.1主从半自动切换调速系统的组成表一、S7300PLC与变频器主机交换的信号S7300PLC→变频器主机变频器主机→S7300PLC的信号1MainControlWordK3001StatusWordK00352SpeedRefK3002SpeedFedbackK00203200%的TorqueLimitK3003SpeedRegulatorOutputK01534reserveOutputCurrentK00225reserveOutputTorqueK00246reservereserve表二、S7300PLC与变频器从机交换的信号S7300PLC→变频器从机变频器从机→S7300PLC的信号1MainControlWordK3001StatusWordK003521.05倍SpeedRefK3002*1.05SpeedFedbackK00203VariableTorqueLimitK3003SpeedRegulatorOutputK01534reserveOutputCurrentK00225reserveOutputTorqueK00246reservereserve6、2主从半自动切换调速系统的控制原理CPU317fromCPU317SPEEDREFK3003P493CURRENTFEDBACKK0153SPEEDFEDBACKCURRENTREGULATORTORQUELIMITSPRRDREGULATORRAMPK3002P443200%/27648传动主机变频器的固定电流限幅:200%----27648传动从机变频器的可变电流限幅,取自于主机的fromMASTER‘SK0153P443K3002RAMPSPRRDREGULATORTORQUELIMITCURRENTREGULATORSPEEDFEDBACKK0153CURRENTFEDBACKP493K3003CPU3171.05倍SPEEDREFfromCPU317实际电流值主机,从机电流同步的控制原理•系统里四台变频器的所有参数设置完全相同，丛机跟随主机同步运行是依靠把主机的速度调节器输出K0153作为从机的转矩限幅信号来实现的。每台变频器上传给CPU317的第3个字都是它自己的速度调节器输出信号K0153。CPU317下传给被选为主机的变频器的第3个字是固定为200%的计算机值，即27648。主机变频器以200%作为电流限幅，以SpeedRef速度给定运行。CPU317同时下传给被选为从机的三台变频器的第3个字是主机的的速度调节器输出信号K0153，从机就是以这个信号作为自己的转矩限幅。主机和从机都工作于速度闭环控制，系统以SpeedRef给定速度运行，从机的速度给定是主机速度给定的1.05倍，从机的速度环逐渐趋于饱和，从机和主机的输出电流、转矩处处相等。极端状态下，由于某种原因使得从机电机的连接轴与减速机突然脱开时，从机电机的速度只能增加5%，该从机的速度环退出饱和状态，而按照1.05倍SpeedRef的速度运行，避免出现飞车的现象。表三、变频器关键参数设置参数号参数值参数号参数值P554.1B3100P743.1K0035P555.11P743.2K0020P564.1B3101P743.3K0153P566.1B3107P743.4K0022P443.1K3002P743.5K0024P493.1K3003P743.6K00007、系统投运调试•7.1首先空载试车:将转炉倾动系统四台电机与减速机的连接接手分断，然后对每台变频器设置参数。四台变频器的参数除P918（DP网站号）不同，其余参数完全相同。参数设置完成后，分别在本地控制状态下，单独对每台变频器进行电机参数完全辨识优化运行（P115=3）。辨识优化运行都通过后，四台变频器都切换到DP网控制，确保S7400PLC、S7300PLC和变频器之间的DP通讯正常，在操作台任选一台变频器作为主机，进行倾动操作，四台电机应该同步运行。通过DriveMonitor监控四台电机运行，电流应该同步平衡，三台从机的速度是主机速度的1.05倍。纠正旋转方向错误电机的接线相序。•7.2带机械负载试车:停车停电后，将四台电机与减速机的接手进行连接，然后再送电进行带载试车。带载试车应该确保转炉倾动限位开关功能正常并合理调整倾动抱闸动作参数。继续用DriveMonitor监控四台电机运行，电流应该同步平衡。9.结语在转炉倾动这样的要求高可靠性、高连续性运行的传动场合，主从半自动切换调速系统是一种很好的应用选择。主从半自动切换调速系统确保了设备可靠、连续地作业运行。参考文献•参考文献内容：•[1]“全数字直流调速装置在转炉倾动供电系统中的应用”，裴福昌，1999..•[2]SIEMENS《CUVC主从控制的应用》.SIEMENS自动化与驱动集团，2007•[3]西门子《SIMOVERTMASTERDRIVES矢量控制三相交流传动系统电压源型变频调速产品样本》工作实例一•2005年:轨梁厂型钢矫直机及辊道改造项目1.)负责电气传动系统设计.2.)通过计算,确认矫直机直流传动可以利旧,完全满足改造后的矫直机生产需要,节约了项目成本.3.)矫直机及辊道传动的编程调试.(采用SIEMENS6RA70变流器)难点:2台直流电机以主机—从机的方式同步运行,主机工作于速度闭环方式,从机工作于转矩控制方式,从机的转矩给定来自于主机的速度调节器输出信号.工作实例二•2005年,攀成钢Φ340连轧管工程:•1.)负责该工程热轧线三大主机区及冷床区辅助传动系统的设计.(采用ABBACS800,SIEMENSM440变频器)•2.)负责工该程热轧线三大主机区及冷床区辅助传动系统的现场调试.在现场调试中,和ABB公司负责轧机主传动和基础自动化控制的工程师紧密合作,甚至为另一位工程参与方上海海德公司提供技术支持,帮助他们调试,为Φ340工程提前完成热负荷试车和投产作出了贡献,从而使攀信公司的工程实力给攀成钢留下了很好的印象.工作实例三•2005年,攀钢2#方坯连铸工程1.)负责该工程出坯辊道系统的控制和传动设计,编程,调试工作.(采用SIEMENSS7300PLC和M440变频器)难点在于:辊道控制系统和前面的出坯台车,还有后面的轨梁横移台架系统都要作好通讯联锁,确保出坯生产节奏连续.工作实例四•2006年,轨梁厂950生产线改造性大修项目:1.)负责该项目传动系统的设计,编程,调试.(采用SIEMENSS7300PLC和6SE70变频器)解决2个难点问题:a.网络问题b.950轧机压下同步问题该项目被评为2006年度托日公司