鞍鋼第二煉鋼廠連續(xù)鑄鋼車間1流和2流生產(chǎn)線是1988年從日本神戶制鋼所全套引進(jìn)，運(yùn)轉(zhuǎn)自今已經(jīng)17年，PLC控制系統(tǒng)和傳動(dòng)變頻設(shè)備基本老化，經(jīng)常出現(xiàn)故障，而且由于控制設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入淘汰周期，因此，從2003年陸續(xù)開始改造。
1．中間包臺(tái)車控制系統(tǒng)簡介
煉鋼廠中間包屬于板坯連鑄工藝前道設(shè)備，主要作用是鋼水包回轉(zhuǎn)到澆鑄位置（即中間包的上方），打開鋼水包滑動(dòng)水口，使鋼水注入中間包，待中間包鋼水達(dá)到要求時(shí)，用中間包滑動(dòng)水口控制注流，注入結(jié)晶器中。中間包通過臺(tái)車進(jìn)行平移或升降控制，由于使用環(huán)境惡劣，工作級(jí)別高。就其走行和升降運(yùn)行除考慮嚴(yán)格密封防止金屬粉塵和耐高溫、安全系數(shù)高等條件因素外, 還具有一定的特殊性, 無論走行還是升降采用雙電動(dòng)機(jī),雙傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剛性聯(lián)接的機(jī)械結(jié)構(gòu)（見圖1）。
圖1 雙電動(dòng)機(jī)剛性聯(lián)接機(jī)械結(jié)構(gòu)
當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)2 臺(tái)電動(dòng)機(jī)必須同步運(yùn)行以防止機(jī)械結(jié)構(gòu)的損壞。當(dāng)其中任一臺(tái)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí), 另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)必須能單獨(dú)完成中間鋼包起升和下降或平移的工作要求, 以防止嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。針對(duì)中間鋼包必須的雙電動(dòng)機(jī)熱備份的特殊情況，采用了變頻器來實(shí)現(xiàn)雙機(jī)控制。
2．對(duì)變頻調(diào)速設(shè)備的技術(shù)要求
(1) 有良好的起動(dòng)特性和穩(wěn)速精度,起動(dòng)力矩滿足電機(jī)過載要求。起動(dòng)力矩足夠＞（鋼包車靜轉(zhuǎn)矩＋摩擦轉(zhuǎn)矩），以滿足重載起動(dòng)的要求(包內(nèi)澆灌鋼水)。
(2)升降轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào),性能穩(wěn)定可靠,以適應(yīng)生產(chǎn)要求高速運(yùn)轉(zhuǎn)的需要。
(3) 采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng),要求2 臺(tái)電機(jī)速度偏差小于6rpm ,兩電機(jī)轉(zhuǎn)矩偏差小于輸出轉(zhuǎn)矩的5 %。以保證2 臺(tái)電機(jī)負(fù)荷的均衡性。
3．變頻器選型
由于AB 1336 IMPACT變頻器具有FORCE矢量控制技術(shù)，可獨(dú)立控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通，適用于沖擊負(fù)載和需要大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩場合，具有出色的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制功能，且在零速時(shí)仍能產(chǎn)生滿轉(zhuǎn)矩，完全滿足雙電機(jī)拖動(dòng)的需要,故我們選擇了1336E變頻器作為臺(tái)車升降控制。
1336 PlUSⅡ變頻器具有無傳感器矢量控制功能，可以滿足臺(tái)車走行的要求，我們選擇1336F變頻器作為走行控制。
4．控制應(yīng)用要點(diǎn)
(1) 重載起動(dòng)和停車
中間包為重型設(shè)備, 其負(fù)載變化范圍是相當(dāng)大,其自重近30t ,再加上鋼水可達(dá)80t 。1336E系列變頻器是目前最先進(jìn)的變頻控制設(shè)備,對(duì)電機(jī)參數(shù)具有自整定優(yōu)化運(yùn)行功能,能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的潛能,達(dá)到最優(yōu)控制。
對(duì)于升降控制，起動(dòng)尤為重要，如果變頻器運(yùn)行后，提升力矩不足的話一旦制動(dòng)閘打開就會(huì)出現(xiàn)溜鉤或鋼包滑落無法控制而快速下降，造成設(shè)備損壞事故。停車時(shí)，如果速度和制動(dòng)閘配合不好，也會(huì)出現(xiàn)過早制動(dòng)造成制動(dòng)閘壽命縮短。
解決方案：見原理圖2
圖2 臺(tái)車升降電氣原理圖
利用變頻器數(shù)字量輸出接口，可編程為零速，和轉(zhuǎn)矩輸出功能。
起動(dòng)時(shí)，通過使能1336E內(nèi)置功能塊邏輯加減功能(P212=16)，鏈接P86－－-＞P198和P201，對(duì)于提升轉(zhuǎn)矩設(shè)定值可在P199中設(shè)定，下降轉(zhuǎn)矩設(shè)定值可在P202中設(shè)定，P200=11，P203=9，P208=1,P209=0,輸出值連接至數(shù)字量輸出3(P189=37)控制制動(dòng)閘。因此可靈活設(shè)定提升轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.2-1.5倍和下降轉(zhuǎn)據(jù)為額定轉(zhuǎn)矩的0.3-0.5倍來控制制動(dòng)閘，確保平穩(wěn)起動(dòng)。
停車時(shí)，設(shè)定數(shù)字量輸出1(P114=15)，和P19保證電機(jī)在零速時(shí)，才開始控制制動(dòng)閘的抱閘。
(2) 回饋電能的處理
由于重載下降時(shí)，鋼包車因自身的重力而下降，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將超過同步轉(zhuǎn)速而進(jìn)入再生制動(dòng)狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是下降的，但其轉(zhuǎn)矩的方向卻與旋轉(zhuǎn)方向相反，見圖3。
圖3 重載下降時(shí)的工作點(diǎn)
因此，無論減速過程還是對(duì)于鋼包車重載下降時(shí)釋放位能通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換成電能都將回饋給變頻器，造成變頻器直流母線電壓升高。
解決方案一：選擇制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻把電能轉(zhuǎn)化為熱能消耗。
解決方案二：選擇回饋單元把電能送回電網(wǎng)。不考慮初期投資該方案有很好的經(jīng)濟(jì)性，1336 Regen即可滿足。
(3) 兩電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的均衡
由于中間包臺(tái)車為雙電機(jī)驅(qū)動(dòng),故出力的均衡性也是關(guān)鍵問題之一,兩臺(tái)電機(jī)只有提供相同的轉(zhuǎn)矩,這樣才能保證設(shè)備可靠安全運(yùn)行。從而保證電機(jī)既不過載也不欠載。
解決方案一：利用變頻器的速度下垂跟隨功能，見圖4
速度給定分別控制2臺(tái)變頻器，每臺(tái)變頻器在速度PI調(diào)節(jié)器內(nèi)設(shè)置Droop值(P46=5%)，保證變頻器控制電機(jī)的機(jī)械特性有一定的下垂，這樣一來2臺(tái)變頻器即可在保持速度同步的前提下，輸出轉(zhuǎn)矩相對(duì)均衡。
解決方案二：利用變頻器的主從控制功能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩跟隨
1臺(tái)變頻器主機(jī)作為速度控制，另1臺(tái)變頻器從機(jī)做轉(zhuǎn)矩控制。見圖5
圖5 轉(zhuǎn)矩跟隨
即從變頻器跟隨主變頻器的轉(zhuǎn)矩給定運(yùn)行。由于在主從控制模式中每個(gè)電機(jī)都有獨(dú)立的拖動(dòng)系統(tǒng), 主機(jī)或從機(jī)的獨(dú)立運(yùn)行可以用于冗余運(yùn)行。即可以通過數(shù)字輸入口完成速度控制和轉(zhuǎn)矩控制之間的自由切換, 使之成為完善的獨(dú)立拖動(dòng)系統(tǒng)。
5 應(yīng)注意的問題
(1) 由于采用雙機(jī)同步控制, 主機(jī)和從機(jī)不存在速度誤差, 這樣2 個(gè)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置之間的受載力矩相當(dāng)均衡, 不僅可以直接剛性連接, 而且明顯保證了傳動(dòng)裝置在磨損后的同步性, 提高了使用期限。
(2) 由于臺(tái)車對(duì)走行的控制要求不是很高，因此在改造中我們使用了1336F變頻器也取得了很好的效果。
(3)變頻調(diào)速系統(tǒng)具有非常優(yōu)良的調(diào)速性能和全面的保護(hù)功能。在臺(tái)車極為頻繁使用情況下, 故障率很低, 明顯減少維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間。
(4)在鞍鋼二煉鋼廠連鑄系統(tǒng)的改造過程中，應(yīng)用1336E和1336F變頻器我們先后改造了大包旋回、結(jié)晶器振動(dòng)、扇形段拉矯輥、切下輥道、切割機(jī)等工藝段的變頻控制，實(shí)際的運(yùn)行效果十分令人滿意。這充分說明Rockwell變頻器有著廣闊的應(yīng)用前景。
