ABBACS800变频器在莱钢转炉上的应用

摘　要：介绍ABB公司ACS800变频器直接转矩（DTC）功能在莱钢转炉倾动控制及氧枪控制上的应用及多传动系统参数的设定。

关键词：倾动；氧枪；ACS800变频器；DTC

0 概述

炼钢厂转炉炼钢工艺较复杂，检测参数多，设备动作频繁。工艺参数检测准确与否、自动控制水平高低，直接关系到钢水质量与产量高低。为此，必须有一套检测准确及时、自动控制水平较高的控制系统，才能稳定生产，满足企业生存与发展需求。

1 转炉倾动负载特点

目前炼钢方法主要有3种，即平炉炼钢法、转炉炼钢法、电炉炼钢法。大部分采用氧气顶吹转炉炼钢，其优越性是有利于实现生产过程自动化。

氧气顶吹转炉炼钢主要设备有：原料供应设备，包括铁水废钢、散状材料及铁合金等供应；转炉主体设备，由炉体、炉体支承装置和炉体倾动电力拖动控制系统等组成；吹氧装置，氧气转炉炼钢时，用氧量大，要求
供氧及时，氧压稳定，安全可靠，必须有一套完善设备来保证向转炉供氧；烟气净化处理设备；炉渣处理设备，炉外精炼设备，铸锭设备。

工艺要求转炉倾动角度为±360°。转炉炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重，按正力矩设计。当转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，依靠炉体本身正力矩来确保炉口向上，不发生倒钢事故。

转炉正常工作时，需要倾倒钢水，就由电动机输出正力矩，带动转炉缓慢倾动。倒完钢水后，需要缓慢把炉体回归正位。

转炉对传动系统有很高要求：

（1）机械倾动转炉能连续回转360°，能准确停止任意位置上，还应具有调速性能。其倾动位置要求能与氧枪、盛钢桶车及烟罩等相关设备联锁。

（2）运转过程中，必须有最大安全可靠性，电气或机械中某一部分发生故障时，倾动机械应有能力继续进行短时间运转、维持到炼钢一炉结束。倾动机械发生无法控制事故时，炉子会自动倾翻发生“倒钢”事故。

（3）倾动机械应有良好柔性性能，以缓冲冲击负荷和由启动、制动产生的扭振。

3 变频器在转炉控制系统的配置

根据转炉的倾动和氧枪控制系统的特点,选用了ABB公司的ACS800系列DTC（直接转矩控制）变频器。

ABB ACS800系列变频器将DTC技术和模糊控制理论合二为一,构成高性能、低成本的变频器调速产品,并且性能大大优于矢量控制变频器。

在DTC中,定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态以40000次/秒更新。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新,逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味着其传动系统可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化做出快速响应。在DTC中不需要对电压、频率分别控制的PWM调制器，因此没有固定的斩波频率,在实际运行中,不会产生其它变频器驱动电机时所发出的那种高频噪声,同时也降低了变频器本身的功耗。

标准内置的进线电抗器明显地降低了进线电源/稳压器的高次谐波含量,大大降低了变频器的电磁辐射,同时保护整流二极管和滤波电容器免受来自电网的电压、电流的冲击。

转炉容量为100t,转炉的倾动电机为4台90kW的变频电机,氧枪电机为2台75kW的变频电机;上位控制系统采用西门子的s7-400系列PLC。

4 倾动和氧枪的控制情况

4.1 倾动控制

转炉的倾动由3~4台电机完成,为了系统更可靠更稳定地工作,几台电机要进行负荷分配,确保所有的电机出力是一样的。

由于电机之间采用刚性连接,所以要求所有电机的速度要绝对同步。电机间的传动系统采用主/ 从控制,变频器之间用RDCO-03C光纤通信模块进行连接（如图1所示）。在系统配置中,其中一台变频器作为主机,作速度控制,从机跟随主机的转矩,同时从机打开窗口功能，监控主从机之间的速度差，当超过限值时作出适当的调整，防止机械跑偏，保证整个系统的平稳运行，避免由于电机运行不同步而产生的转炉“点头、摇头”现象。

图1  变频器连接示意图

每个变频器可以在主/从之间切换,但是在同一时间只能有一台作为主机,主机通过光纤通信高速给从机发出控制命令,从机接收主机发出的启动、停止指令及转矩的给定值进行动作。

某台从机出现故障,并不影响主机和其它从机的通信和动作,可以继续运行,等到适当时候进行检修;当主机出现故障时,从机由于接受不到主机的信号而停机并报故障,此时将其中一台从机切换为主机,故障主机切换为从机,切换完成后,主机发出复位命令将信号同步后,从机故障信号消失,系统正常后,继续运行,等到适当时候对故障设备进行检修。

主机正常而从机同时报故障,说明通信出现了问题。为了不影响生产的正常进行,此时将所有从机切换为主机,即几台变频器同时进行速度控制,当检修条件具备时应立即检查通信问题。