武鋼3#高爐主卷揚電控系統(tǒng)的設計

武鋼3#高爐主卷揚電控系統(tǒng)的設計

高粱主卷揚系統(tǒng)是保證高粱正常連續(xù)生產(chǎn)的重要設備之一。武鋼3#高爐主卷揚系統(tǒng)驅(qū)動電機原采用分立元件晶閘管整流電路供電,雖然原系統(tǒng)設計時考慮了系統(tǒng)的平穩(wěn)運行、系統(tǒng)保護和故障診斷等因素,但由于系統(tǒng)線路復雜加上線路老化等原因,維護工作相當困難且工作量大。為保證高爐能正常高效連續(xù)地生產(chǎn),武鋼決定1999年3#高爐大修時對該高爐的主卷揚電控系統(tǒng)進行數(shù)字化改造。1系統(tǒng)硬件配置3#高爐主卷揚系統(tǒng)卷揚機經(jīng)減速機由2臺電機傳動,減速機速比為18.6,卷筒直徑2m。2臺電機電樞串聯(lián),勵磁繞組并聯(lián),電機額定電壓330V,額定電流860A,勵磁電流7.6A,額定轉(zhuǎn)速500r/min。電樞供電采用ABB公司制造的DCS500系列裝置DCS502-2050-71,額定電流2050A,額定電壓690V。勵磁供電采用ABB公司制造的DCF501-0050-41,額定電流50A,額定電壓380/220V。為保證可靠工作,系統(tǒng)選用了2套裝置,互為備用,利用1臺SIEMENSS7-200PLC在2套系統(tǒng)間進行切換以減少切換系統(tǒng)所需的器件,簡化操作,減少故障點。系統(tǒng)硬件簡圖如圖1。2套電樞供電裝置由刀開關QS1倒換,QS1有輔助接點進入PLC,由PLC程序自動實現(xiàn)勵磁裝置的切換、操作控制指令及運行狀態(tài)反饋的切換、操作的連鎖等功能。勵磁系統(tǒng)由系統(tǒng)內(nèi)PLC根據(jù)所選系統(tǒng)通過KM11、KM21自動倒換。系統(tǒng)故障時,槽下PLC將KM1、KM2線圈斷電,系統(tǒng)進行能耗制動。2抱閘和液壓系統(tǒng)運行的速度仿真曲線上料系統(tǒng)初始運行狀態(tài)為:一料車在料坑裝料,另一料車在爐頂卸料,電控系統(tǒng)封鎖,抱閘落閘。下面我們就圖2所示狀態(tài)簡述系統(tǒng)在左料車上升時的運行過程。槽下PLC發(fā)出左車上行命令,電控系統(tǒng)開放,為防止左車下墜造成右車沖出軌道(俗稱“小車上天”),電機需建立一定的電流后才能打開抱閘:松閘后,電機先以一個較小的加速度升速(防止右車鋼繩松弛),待右車脫離分歧軌后,電機以較大的加速度升速到最高轉(zhuǎn)速并維持高速運行,左車上升到1減速點(工藝確定)時,向系統(tǒng)發(fā)出降中速命令,電機減速;左車上升到2減速點時,向系統(tǒng)發(fā)出降低速命令,電機低速運行至停車位置,電控系統(tǒng)封鎖并投入抱閘。系統(tǒng)運行的速度給定曲線如圖3(圖中的260r/min中速段可能很短甚至沒有;高速給定在弱磁時為610r/min,非弱磁時為500r/min)。3控制器的工作過程系統(tǒng)控制軟件的首要任務是保證系統(tǒng)高速平穩(wěn)運行,不能有電氣的和機械的沖擊。為防止松閘時小車下墜,傳統(tǒng)的做法是松閘前系統(tǒng)速度給定為一個很小的值(其符號由運行方向決定),由于閘還未松開,電機速度仍為零,此時速度調(diào)節(jié)器飽和,使系統(tǒng)建立電流;系統(tǒng)電流建立后,發(fā)出松閘命令,同時將速度給定切換至工藝要求的值;此后槽下PLC按工藝要求切換給定即可。這種方法的缺點在于:松閘前系統(tǒng)的速度差不為零,速度環(huán)飽和,在退飽和過程中系統(tǒng)電流一直為限幅值,因此加速度比較大,勢必造成系統(tǒng)有速度和電流沖擊且超調(diào)大,啟動過程不夠平穩(wěn),右車在脫離分歧軌前后鋼繩因先松弛而后突然繃緊引起鋼繩振蕩。在模擬系統(tǒng)中解決這個問題相對比較困難。在這次數(shù)字化改造中,我們使用了下述辦法圓滿解決了這個問題。由于數(shù)字系統(tǒng)的控制算法用軟件實現(xiàn),因此改變控制系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構相對比較容易,我們利用DCS500系列控制器本身具有的編程能力實現(xiàn)了如圖4所示意的系統(tǒng)啟動過程,由圖可知系統(tǒng)啟動過程中速度平滑,沒有電流沖擊,所以既不會造成小車下墜,又不會造成鋼繩振蕩。下面簡述啟動過程。如圖4,槽下PLC發(fā)出開車命令(系統(tǒng)在條件滿足時自動發(fā)出使能命令)時刻t=0;在發(fā)送閘命令前,控制器軟件的運行狀態(tài)為:力矩模式運行,速度環(huán)開環(huán);封鎖速度調(diào)節(jié)器,使能給定積分器的輸入鎖零和輸出跟隨實際速度的功能;速度調(diào)節(jié)器積分分量跟隨電流給定。此時電流調(diào)節(jié)器接受內(nèi)部的松閘電流給定,系統(tǒng)恒流運行。系統(tǒng)電流到達松閘設定點I1后即t1時刻,軟件發(fā)出松閘命令,抱閘線圈得電:抱閘線圈電流建立(抱閘線圈電流大于Ib1)后即t2時刻,抱閘線圈電流繼電器向系統(tǒng)發(fā)出松閘應答信號;到抱閘真正松開時,電機在松閘力矩的作用下開始轉(zhuǎn)動,當轉(zhuǎn)速大于零速設定點n0時(t3時刻),系統(tǒng)自動切換到速度閉環(huán)方式運行,同時投入工藝所需速度給定,開放給定積分器,恢復給定積分器的跟隨輸入功能,開放速度調(diào)節(jié)器,取消速度調(diào)節(jié)器積分分量跟隨電流給定功能,則系統(tǒng)在速度閉環(huán)下運行。因為在上述過程中,給定積分器的輸出一直跟隨電機速度,所以開放給定積分器后,它的輸出就以電機的實際速度為初始值繼續(xù)增長,并且由于速度調(diào)節(jié)器積分分量一直跟隨電流給定,電流給定在模式切換過程中變化也不大,所以不會出現(xiàn)速度和電流的突變。停車時,系統(tǒng)撤消松閘命令,抱閘投入;將給定積分器輸入鎖零;撤消松閘電流給定;系統(tǒng)進入停車狀態(tài)。然后進行下述處理,準備再次啟動;撤銷系統(tǒng)使能命令;恢復給定積分器輸出的速度跟隨功能;恢復電流環(huán)控制模式;恢復速度調(diào)節(jié)器積分分量跟隨電流給定功能。系統(tǒng)運行速度由系統(tǒng)根據(jù)槽下PLC發(fā)出的命令自動切換,為進一步減小電流沖擊,我們使用了控制器的S曲線斜坡功能。在系統(tǒng)軟件中除了控制器本身所提供的一系列故障保護和診斷功能外,我們還增加了抱閘斷線監(jiān)測,減速檢查等保護功能。系統(tǒng)實際運行電流電壓曲線如圖5