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1    引言 

河北津西鋼鐵股份有限公司，位于河北省遷西縣三屯營鎮，始建于 1986年，是河北省首家在香港上市的鋼鐵企業，是一家具有年產鋼、鐵各 400萬噸、軋材 300萬噸、發電 2.5億度的集煉鐵、煉鋼、軋鋼、發電為一體的大型股份制鋼鐵聯合企業。主要生產裝備有 100T轉爐 1座、50T轉爐 2座，120 T轉爐 1座全部采用施耐德 ATV68和 ATV71系列變頻器，2007年底新投產 120噸轉爐一座，PLC與變頻器全部采用施耐德電氣公司產品，運行穩定良好，完全滿足其檢測準確及時，自控性能優越的要求。

2      轉爐煉鋼工作原理簡介 

煉鋼就是把從高爐出來的鐵水和廢鋼裝入煉鋼爐內，氧化去除鐵水中的硅、錳、碳和磷等元素，并通過造渣進行脫磷和脫硫。使鋼水達到規定的化學成分和溫度。 

目前煉鋼的方法主要有三種，即平爐煉鋼法、轉爐煉鋼法、電爐煉鋼法。轉爐煉鋼（圖一）是目前世界上采用的主要煉鋼生產工藝方法之一，其煉鋼產量可以達到世界鋼產量的70%以上，大部分采用氧氣頂吹轉爐煉鋼，示意圖見圖(二),構成氧氣頂吹轉爐的設備與裝置主要包括如下：

1） 原料供應設備；2）轉爐主體設備；3）吹氧裝置；4）煙氣凈化設備；5）爐渣處理設備。

其中轉爐主體設備主要由爐體、爐體支承裝置和爐體傾動的電力拖動控制系統，吹氧裝置是指使氧槍升降的動力裝置并完成吹煉，濺渣護爐，刮渣工藝要求的設備。

轉爐本體外形呈梨型，由爐體、托圈、耳軸和傾動機械等組成，爐體為鋼板焊接體，可分為爐帽、爐身和爐底三個部分。爐帽一般和爐身焊成一體。爐底有的與爐身焊成一體，稱為“死爐底”；有的可以拆卸，稱為“活爐底”。

傾動部分采用 4臺傾動電機，通過減速機剛性連接，并采用全懸掛固定方式，根據工藝要求，轉爐的傾動角度為正負 360°。轉爐爐口和爐底方向軸線與地平面垂直時為零位狀態。

據工藝設計說明，轉爐按正力矩設計，即爐子耳軸下部比上部高，下部比上部重。從而確保轉爐電控系統失靈或抱閘力不夠時，能靠爐體自身的正力矩來確保爐口向上，這樣不至于發生倒鋼等事故。但當維修爐拆除爐底后以及爐口粘鋼渣太多時，爐體可能出現上部較下部重，由于液體鋼水重心隨轉爐傾角的變化而變化，這樣在修爐和出渣或出鋼時，可能出現負力矩。當爐體處于正力矩狀態時，電機處于電動運行狀態，當爐體處于負力矩狀態時，電機處于回饋制動狀態。在轉爐正常工作時，如果需要傾倒鋼水，就由電動機輸出正力矩，帶動轉爐緩慢傾動。倒完鋼水后，需要緩慢的把爐體回歸正位，這時，就需要把轉爐的勢能回饋系統，電動機工作在回饋狀態。轉爐能連續回轉 360°，并且能準確停止在任意位置上，還應根據工藝要求具有調速性能。

3  轉爐傾動控制要求簡介

通常，轉爐的傾動由 4臺電機完成，所以為了系統更可靠更穩定的工作，這 4臺電機就必須要求進行負荷平衡，也就是所有的電機出力是一樣的。由于這 4臺電機是剛性連接，所以要求所有電機的速度要絕對同步，因此 4臺電機的傳動采用主/從控制，4臺變頻器之間用電纜進行連接。所以，在系統配置中，將一臺變頻器作為主機，由它進行速度調節，輸出轉矩給定，其它變頻器作為從機，跟隨主機的轉矩響應，同常規的控制方式相比，這種使用將系統的性能提高到了一個新高度。有效解決由于電機運行中的不同步而產生的轉爐“點頭“和”搖頭“的現象。

4臺變頻器可以在主/從之間切換，但是同時只能有一臺主機，另外三臺為從機，主機采用速度控制方式、從機采用轉矩控制方式，主機給從機發出控制命令，從機接受主機發出的啟動、停止指令及轉矩的設定值進行動作。

當某臺從機出現故障時，并不影響主機和其它從機的通訊和動作，所以可以繼續運行，等到適當時候進行檢修；當主機出現故障時，從機由于接受不到主機的信號而停機并報故障，此時將其中一臺從機切換為主機，故障主機切換為從機，切換完成后，主機發出復位命令將信號同步后，從機故障信號消失，當系統正常后，繼續運行，等到適當時候對故障設備進行檢修。

4．津西鋼鐵公司 120噸轉爐變頻器配置控制方案簡介

津西鋼鐵公司 120噸轉爐傾動電機為 75KW,氧槍升降電機 90KW,采用施耐德 ATV71系列變頻器，六臺變頻器型號均為 ATV71HC13N4（內置制動單元），為實現 Modbus Plus通訊，每臺變頻器配有可選的通訊卡 VW3A3302，傾動和氧槍電機均帶有閉環反饋編碼器，采用 24V增量型編碼器，以提高轉矩精度，考慮輸入輸出數量，增加 I/O擴展卡 VW3A3202一只，滿足模擬量分配傳送要求。采用 VW3A7812制動電阻，滿足能量反饋制動要求。

津西鋼鐵公司 120噸轉爐本體采用施耐德 Quantum 系列熱備 PLC,網絡通訊采用MB+通訊協議。其網絡通訊配置圖見如下（圖三）。

在轉爐傾動控制系統中，要實現四臺電機的出力均衡，其核心為要實現四臺變頻器的轉矩分配達到一致，即四臺變頻器在主從控制模式下，以實現均勻的力矩輸出，具體實施如下：

1） 四臺變頻器采用通訊方式做速度給定，采用 MB+通訊給四臺變頻器同一速度，其精度高，抗干擾能力強，由上位 PLC通過數字給定，避免了模擬量輸入信號的干擾波動問題；

2） 主機工作在速度控制模式，三個從機工作在轉矩模式，在三個從機通過參數配置使其長期處于轉矩控制，或采用邏輯輸入端子控制，使其處于速度和轉矩模式切換；

3） 主機與從機的轉矩信號傳遞，采用模擬量信號，由主機模擬量輸出到從機模擬量輸入，由于從主機一分三的形式給從機，采用的是電壓信號，如采用電流信號，可以采用電流信號分配器以滿足要求；

4） 由于電機帶有增量式編碼器，并配有有編碼器卡，電機控制模式采用閉環電流矢量控制。在速度與轉矩精度方面能夠提供更好的性能，并且在零速時能夠獲得滿轉矩。同時轉矩精度亦高于開環水平。以保證3臺從機的接受的轉矩信號偏差較低；

5） 將主機的模擬量輸出信號定義為轉矩輸出信號，由于轉爐傾動過程中，處于電動和發電的交替狀態，所以將模擬量輸出定義為四像限轉矩輸出；

6）對于主機模擬量輸出口，選擇AO2,類型選擇成雙極性電壓，對于從機模擬量輸入口，選擇模擬量輸入口AI1,類型選擇[ 電壓 +/-] (n10U)正電壓輸入與負電壓輸入( 輸入雙向的)。

7）通過上位機以及操作面板觀察主機的轉矩與從機的轉矩，基本上保持一致。而且轉矩方向可以保持跟隨，徹底避免了某一個電機不出力，或反向出力；

8）通過POWERSUTIE調試監控軟件，有效地觀察轉矩電流變化；

9）轉爐傾動需嚴格監控，防止出現“溜車”故障，在轉爐傳動變頻控制系統中，利用了 PLC控制程序，使抱閘在系統起動后轉矩建立在一定的輸出轉矩時松開，在系統停止后轉矩下降至一定的輸出轉矩時抱緊，大大提高了系統應用的可靠性；

10）由于轉爐傾動電機減速齒輪為嚙合原因，易引起速度環調節震蕩，造成傾動過程中有抖動，通過調節速度環比例增益，和速度環時間常數，加以克服。

在轉爐氧槍控制系統中，氧槍系統為單小車雙卷揚系統裝置，（一用一備），升降是用交流電機驅動，無級調速。氧槍控制也采用施耐德的 ATV71變頻器，兩套氧槍共有兩臺控制柜，一用一備。氧槍升降速度 6-30m/min，斷電時啟動氣動馬達提槍。

上位機 CRT可顯示氧槍實際槍位，可通過計算機鍵盤式按鈕控制氧槍在冶煉過程中的待吹點、氧氣關閉點、氧槍變速點等，吹煉點位置可人工設定，并可隨時修改。氧槍由主令控制器能夠精確地控制氧槍的起停、加減速、限位、待吹、刮渣、 吹煉、氧氮的吹停等多個動作點的輸出，并且可以在操作員界面上實時顯示氧槍的高度。 

由于氧槍是典型的位能式負載，只要抱閘裝置一打開，氧槍電機就馬上有 100%的負載，氧槍提升時，電動機的電磁轉矩克服負載轉矩。電動機工作在電動狀態。氧槍下降時，負載力矩拉著電機轉。電動機工作在回饋制動狀態。同傾動控制系統類似，氧槍傳動控制系統也必須與抱閘裝置協調工作，防止“溜車”現象，而且也有足夠的啟動力矩和過載能力。并且速度可調節。 

在氧槍提升控制中，采用 ATV71變頻器的內置制動邏輯功能，將繼電器輸出 R2定義為制動接觸器控制，使之按制動邏輯順序以打開抱閘控制，將 R2其觸點串入抱閘接觸器線圈，從而準確控制抱閘繼電器的打開與閉合。

下圖（圖四）為在閉環控制下垂直運動的制動邏輯順序圖。

變頻器在接到運行方向命令后，電機立即進入勵磁狀態，建立轉矩電流并檢測當其達到釋放電流 IBR時，邏輯繼電器 R2有輸出，并經過 BRT延時后，抱閘放打開，通過對釋放電流大小的檢測，準確地控制報閘釋放的時機，有效避免溜鉤現象，停車時，隨著輸出速度降低，轉矩電流降至 IBR,此時，抱閘持續抱緊一段時間 TBE，爾后繼電器 R2輸出斷電信號給抱閘接觸器線圈，抱閘接觸器延時 BET后動作閉合。從而完成一個氧槍升降的制動邏輯抱閘過程。

5． 結束語

津西鋼鐵公司 120t轉爐傾動裝置交流變頻傳動系統,自 2007年12月投入運行至今，系統穩定可靠，其控制功能完全滿足了轉爐傾動工藝需求。這一項目的成功應用，標志著施耐德變頻器出色性能，已為廣大冶金行業用戶認可，全部采用施耐德電氣公司的可編程控制器和變頻器，極大體現了施耐德電氣產品的整體解決方案應用能力，是施耐德電氣交流傳動應用的重大突破之一。為今后該級別及以上轉爐傾動裝置的設計及應用，積累了寶貴的經驗，具有較強的推廣應用價值。