一．引言

 隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，在各個領(lǐng)域的發(fā)展過程中對鋼鐵需求的數(shù)量與質(zhì)量與日俱增。我國的鋼鐵生產(chǎn)工藝正向數(shù)字化的高新技術(shù)方向發(fā)展。作為整個鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，高爐煉鐵工藝中高新技術(shù)的應(yīng)用尤為重要。其技術(shù)指標(biāo)如何，對整個鋼鐵工藝流程有著直接和顯著的影響。其中又以高爐上料主卷揚(yáng)系統(tǒng)為整個高爐的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)原料的輸送。對卷揚(yáng)系統(tǒng)采用高新技術(shù)進(jìn)行合理控制與優(yōu)化便成為現(xiàn)代鋼鐵工藝中的一個重要課題。本次卷揚(yáng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以FRB6000高性能矢量變頻器作為傳動部分的核心控制部件，并與主控PLC自動化系統(tǒng)緊密結(jié)合使用，從而達(dá)到了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與操控靈活性的完善結(jié)合。

二．系統(tǒng)介紹

以遷安松汀鋼鐵廠卷揚(yáng)上料主系統(tǒng)進(jìn)行簡要的介紹。此次承接項(xiàng)目高爐容積為750m3，屬于中小型高爐，采用斜橋式料車上料系統(tǒng)。斜橋式料車上料機(jī)主要由斜橋、料車、卷揚(yáng)電機(jī)三部分組成。

 料車在斜橋上的運(yùn)動分為起動、加速、穩(wěn)定運(yùn)行、減速、傾翻和制動六個階段。在整個過程中包括兩次加速和兩次減速，即第一次加速點(diǎn)、第二次加速點(diǎn)的高速給定值使料車加速；第一次減速點(diǎn)、第二次減速點(diǎn)的低速給定值使料車減速。

  料車提升一次所需時間與料車的運(yùn)動速度和加速度有關(guān)，其變化曲線為圖所示。

  (1) t1時間內(nèi)：料車起動，重料車開始上行，同時空料車自爐頂極限位置下行。此時，鋼繩自卷筒退出的加速度不應(yīng)超過料車的加速度，以免產(chǎn)生鋼繩松弛現(xiàn)象。此段時間對應(yīng)于斜橋的A區(qū)域，由于此處軌道較陡，在給定值相同的情況下加速度α1只為0.2～0.4m/s2，以較低的加速度加速運(yùn)行。

(2) t2時間內(nèi)：重料車?yán)^續(xù)上行，通過A區(qū)域，進(jìn)入了斜橋的B區(qū)域，此處軌道傾角比A區(qū)域小，則加速度α2會變大升至0.4～0.8m/s2。料車以較高加速度加速到最大速度υ。

(3) t3時間內(nèi)：料車以最大速度υ穩(wěn)定運(yùn)行。

 (4) t4時間內(nèi)：重料車進(jìn)入卸料曲軌道之前的第一次減速時間，加速度α4=-0.4～0.8m/s2。如圖2.5所示，在第一次減速點(diǎn)，取消之前的卷揚(yáng)電機(jī)高速給定，轉(zhuǎn)而給卷揚(yáng)電機(jī)接入低速給定值，通過電機(jī)的回饋制動使料車減速至υp。

(5) t5為重料車在卸料曲軌段等速走行時間，速度υp=1m/s左右。

(6) t6為重料車第二次減速到停車的時間，一般加速度α6=-0.4～0.8m/s2。如圖2.5所示，在第二次減速點(diǎn)，要將此時的速度與預(yù)先的給定值進(jìn)行比較。如果速度降低到預(yù)期之內(nèi)則可進(jìn)行第二次減速；如果此時速度過大，超過了預(yù)期值則要通過調(diào)速器進(jìn)行報(bào)警。

 料車式上料機(jī)的工作特點(diǎn)為：

工作過程中，兩個料車交替上料，當(dāng)裝滿爐料的料車上升時，空料車下行，空車重量相當(dāng)于一個平衡錘，平衡了重料車的車箱自重。這樣，當(dāng)上行或下行二個料車用一個卷揚(yáng)機(jī)拖動時，不但節(jié)省了拖動電機(jī)功率，而且，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，總有一個重料車上行，沒有空行程。從而，使得電動機(jī)總是處于電動狀態(tài)運(yùn)行，免去了電動機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)所帶來的種種問題。

三．控制系統(tǒng)構(gòu)成

 根據(jù)廠家要求，主卷揚(yáng)上料系統(tǒng)必須獨(dú)立于主系統(tǒng)而自成一套獨(dú)立系統(tǒng)，并通過PLC系統(tǒng)通訊，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制與數(shù)據(jù)時時傳輸。電氣傳動裝置選擇的是西門子標(biāo)準(zhǔn)型變頻器FRB6000G-110兩臺，為一備一用狀態(tài)，可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)來時時切換兩臺裝置，保證了運(yùn)行的可靠性。變頻器電壓等級為380V，功率為110KW。由于考慮到卷揚(yáng)系統(tǒng)為大慣量位能性負(fù)載特性，配置了制動單元與制動電阻，以保證料車停車過程中能量的回饋不會造成直流母線電壓升高從而造成故障。制動單元為FRK-DR-3SA，配合使用峰值制動功率可達(dá)到135KW,可以滿足傳動系統(tǒng)的制動要求。

四．運(yùn)行原理及功能

    我們采用了FRB6000高性能變頻調(diào)速裝置，運(yùn)用矢量控制方式，實(shí)現(xiàn)了精確的速度控制。系統(tǒng)配置了制動單元與制動電阻，采用能耗制動方式實(shí)現(xiàn)了卷揚(yáng)系統(tǒng)的制動。主傳動部分為兩臺變頻調(diào)速柜實(shí)現(xiàn)一備一用，通過主控制柜實(shí)現(xiàn)裝置之間的切換。每個變頻器的控制信號通過切換柜的電氣設(shè)備來完成基本聯(lián)鎖及控制，在主PLC與切換柜之間、操作臺與切換柜之間利用繼電器相互隔離，使料車的控制可以由PLC或操作臺分別控制系統(tǒng)，提高整個系統(tǒng)的可靠性。抱閘由FRB6000裝置中的抱閘專用控制功能來實(shí)現(xiàn)料車運(yùn)行中的抱閘控制及聯(lián)鎖控制。料車定位系統(tǒng)由主令控制器來實(shí)現(xiàn)，主令控制器分別記錄料車在上行和下行過程中的特定位置如：加速點(diǎn)，減速點(diǎn)，檢測點(diǎn)等。并將這些位置信號以開關(guān)量的形式傳送至主控柜內(nèi)的傳動PLC，再由其統(tǒng)一負(fù)責(zé)邏輯計(jì)算后控制變頻器的動作。

    為了保證控制系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，避免料車失控發(fā)生飛車事故進(jìn)而導(dǎo)致高爐停產(chǎn)，休風(fēng)等嚴(yán)重事故的發(fā)生，本系統(tǒng)將一系列可能發(fā)生的故障和可能導(dǎo)致危險(xiǎn)發(fā)生的情況的開關(guān)量進(jìn)行串連匯總與一個零壓保護(hù)回路中。在不出現(xiàn)任何狀況下，零壓回路為閉合狀態(tài)，此時主回路接通，系統(tǒng)才可以正常工作；如果出現(xiàn)在零壓回路中的任何一種危險(xiǎn)則零壓回路斷開，此時串連至主回路中的觸點(diǎn)斷開，變頻器進(jìn)線側(cè)的主回路斷電，這個系統(tǒng)停止工作，抱閘電機(jī)將卷揚(yáng)電機(jī)的傳動軸抱死，整個傳動裝置馬上停止，從而避免了可能危險(xiǎn)的發(fā)生。

    下面來介紹一下料車運(yùn)行的整個控制與傳動順序：將要上料的一個料車在料坑底部，已經(jīng)裝好備料（礦石或焦炭），另一料車在斜橋頂部。爐頂布料器料空，申請上料，由主PLC發(fā)出命令給控制柜內(nèi)的傳動PLC，在綜合各種情況并判斷零壓回路閉合后，傳送運(yùn)行命令至變頻器FRB6000在接到開車命令后系統(tǒng)解封。通過FRB6000系統(tǒng)中的抱閘控制功能，建立在抱閘狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩限幅給出的啟車力矩電流后，FRB6000系統(tǒng)發(fā)出打開抱閘命令，使抱閘打開，實(shí)現(xiàn)料車的平穩(wěn)啟動。

    當(dāng)料車啟動運(yùn)行后，由于起始階段斜橋坡度較大、所帶負(fù)載慣量較大，電機(jī)先以高速運(yùn)行。在運(yùn)行至第一減速點(diǎn)時，由主令控制器返回位置信號至PLC處理后輸出低速信號至FRB6000變頻器開關(guān)量輸入端子，選擇低速給定。此時電動機(jī)開始減速運(yùn)行繼續(xù)提升負(fù)載。料車?yán)^續(xù)上行，當(dāng)通過檢測點(diǎn)時，變頻器在內(nèi)部將實(shí)際速度值與給定在此位置的設(shè)定減速值進(jìn)行比較，如果實(shí)際速度小于等于設(shè)定值則變頻器輸出一個低速到達(dá)信號至PLC，在綜合各種情況后如果判斷系統(tǒng)工作在一個正常條件下則料車?yán)^續(xù)上行，如果速度超常或者其它非正常情況發(fā)生則系統(tǒng)停機(jī)，抱閘電機(jī)抱死主運(yùn)行軸。料車在正常條件下繼續(xù)向上運(yùn)行通過停車點(diǎn)，此時主令開關(guān)將停車位置傳送至PLC，處理后發(fā)送停車指令至變頻器，變頻器開始停車，抱閘閉合，此時料車的停車位置應(yīng)是工藝要求的角度，即能將車內(nèi)的爐料倒凈而又不撞上超極限彈簧。

五. 結(jié)束語

通過此次高爐卷揚(yáng)系統(tǒng)項(xiàng)目，我在獨(dú)立設(shè)計(jì)和分析問題的全面性等方面受益甚夥。卷揚(yáng)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)了高爐生產(chǎn)全過程自動控制的基礎(chǔ)，通過采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)以及穩(wěn)定的PLC控制技術(shù)大大提高了這個高爐生產(chǎn)最重要環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來一直穩(wěn)定運(yùn)行，對高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，降低成本，減輕工人勞動強(qiáng)度起著重要作用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。