变频调速在大高炉探尺控制系统中的应用
变频器在高炉探尺系统中的应用
变频器在高炉探尺系统中的应用摘要:本文介绍了一种基于全数字交流变频调速控制的高炉控料探尺自动控制系统,文中首先分析变频调速技术的工作特性及高炉探料探尺的工作原理,接着选用ABB公司生产的ACS800变频器的系统设计,详细分析其组成结构及工作原理,叙述了系统设计方法与详细参数计算。
最后经过长时间运行验证,该系统运行稳定、可靠,可以精确地测量高炉炉内料面。
关键词:高炉探尺变频器变频矢量控制PLC1、概述涟钢炼铁厂高炉探尺改造前是采用直流电机驱动其机械设备,直流电机维护困难且备品、备件匮乏。
改造方案需要将直流电机改型为交流变频电机。
对应于电机改型,探尺系统原有直流控制方案相应需要改造为交流变频控制方案。
依据当前变频技术发展和交流变频器应用及比较了各大公司变频器产品后,我们选用ABB公司矢量控制电压源型变频器ACS800系列来设计控制方案。
高炉探尺设计依据与选型原则如下:1)探尺系统原采用直流电机传动。
电机型号为Z-68功率:3.7KW220V20A励磁电流0.6A,转速1000转/分。
2)探尺系统现采用交流变频电机传动,电机型号为YTSZ100L1-4。
电机功率:2.2kW380V750转/分,机座号160M,中心高150mm,电机长<860mm(考虑了轴伸110mm+码盘尺寸)。
3)提尺与放尺速度参数:减速机速比31.5,卷筒直径318mm。
正常运行时,提尺速度<0.5m/s,放尺速度<0.2m/s。
4)提升重量与提升高度参数:提升重量为1600N,提升高度为8847mm,工作提升高度为5000mm.5)此次改造选用变频器为ACS800-01-0006-3+901, 400V/4KW。
探尺是位能性负载,其下放动能不能从变频器回馈给交流电源,需要外加制动电阻和制动单元消耗能量。
同时为满足较高转速精度和良好动态品质,以及调速范围宽广和低转速时保持一定精度提升力矩,需要1台增量编码器,其每转具有1024个脉冲以构成速度闭环控制系统。
变频器在高炉探尺系统中的应用-管理资料
变频器在高炉探尺系统中的应用-管理资料1、概述涟钢炼铁厂高炉探尺改造前是采用直流电机驱动其机械设备,直流电机维护困难且备品、备件匮乏，1)探尺系统原采用直流电机传动。
电机型号为Z-68功率:3.7KW220V20A励磁电流0.6A,转速1000转/分。
2)探尺系统现采用交流变频电机传动,电机型号为YTSZ100L1-4。
电机功率:2.2kW380V750转/分,机座号160M,中心高150mm,电机长<900mm(考虑了轴伸110mm+码盘尺寸)。
3)提尺与放尺的速度参数：减速机速比31.5,卷筒直径318mm。
正常运行时,提尺速度<26米/分,放尺速度<15米/分。
4)次改造选用变频器为6SE7021-8EB61,400V/7.5KW。
由于探尺是位能性负载，其下放的动能不能通过变频器回馈给交流电源，需要外加制动电阻和制动单元消耗能量。
同时为满足较高的转速精度和良好的动态品质，以及调速范围宽广和低转速时保持一定精度的提升力矩，需要1台增量编码器，其每转具有1024个脉冲以构成速度闭环控制系统。
2、高炉探尺工艺流程高炉探尺是用来检测高炉内矿石与焦碳等物料的料面，供冶炼操作人员以视觉观测炉内物料下放的情况，同时控制矿石与焦碳等物料向炉内的排放。
当探尺检测炉内的物料下放到设定的料面时，探尺自动提升到顶部，矿石与焦碳等物料依据工艺设定值向高炉炉内排放。
物料排放完毕，探尺自顶部按设定的速度开始自动下放，下放到炉内物料的料面后，探尺被物料支撑，探尺速度减至为零，随后跟随物料下放，直到再次检测到炉内的物料下放到设定的料面时，探尺自动提升。
如此循环往复，使探尺稳定在一个料面高度。
目前冶炼系统一般情况是：小于2500M3的高炉用2个探尺来探测炉内的物料，大于3000M3的高炉用3个或4个探尺来探测炉内的物料。
本次改造的是1613M3的高炉探尺。
36SE70系列变频器功能和DriveMonitor调试软件简介3.1变频调速装置6SE70的主要功能*6SE70系列变频器是具有多种可供选择接线方式的设备：有将整流部分与逆变部分装于一体的变频器、用于变频器的制动电阻和制动单元、单独的整流单元、整流回馈单元和单独的逆变器。
交流变频自动控制技术在高炉探尺中的应用
图 １ 探 尺控 制 系统 结构
１高炉 探 尺 工 艺
１ ． １探 尺 工作 原理
探 尺 是 一 种 检 测 高 炉 内 部 矿 石 与 焦 炭 料 面 的 装
置， 由金 属 链 条 、 重锤组成 ， 挂 在 一 个 由 电机 、 减速 机 、 作 者简 介 ： 赵 艳敏 （ １ ９ ８ ４ ． ） ， 工程 师 ， 从 事 炼铁 、 水 泥 等 行
Ｏ引言
高 炉 探 尺 在 冶 炼 实 际 生 产 中起 着 至 关 重 要 的作
链 轮 及抱 闸装 置 所 组 成 的机 构 上 高 炉 内 的料 位 随着
炼铁 生产的进行 而不 断变化 ． 探尺工作 后 ． 探 尺 重 锤 在 电机 的反 向 电磁 力 矩 作 用 下 缓 慢 下 降 ． 电机 有 一 个 相 对 大一 点 的 电 流 流过 ． 当 重 锤 接 触 到 高 炉 内 的 物 料 后． 重力减小 ， 电机 电 流 也会 突 然 变 小 ． 检 测 电路 根 据 该 信号 的 变 化 ． 就 可计 算 出 这 一 过 程 中重 锤 下 降 了 多
业 自动 化 控 制 的 研 究 与 应 用 工 作 。 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ 。 １ ０ ． １ ８
１ ． ２探 尺 工 作 运行 控 制 过 程
ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ｓ ｔ ｏ ｃ ｋ ｒ ｏ ｄ ｉ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｂ ｌ ａ ｓ ｔ ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ ｓ ｔ ｏ ｃ ｋ ｒ ｏ ｄ ； Ｐ ＬＣ； ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ； ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ
变频器在高炉卷扬系统中的应用
变频器在高炉卷扬系统中的应用摘要本文主要探讨了变频器在高炉卷扬系统中的应用。
首先介绍了高炉卷扬系统的概念和工作原理，然后详细介绍了变频器，包括其基本原理、分类、优势、应用场景以及如何选择合适的变频器。
最后，文中讨论了变频器在高炉卷扬系统中的应用效果，并提出未来的展望。
介绍高炉卷扬系统是高炉生产中一个重要的组成部分，它主要负责将燃料和鼓风设备送入高炉和从高炉中取出副产物。
高炉卷扬系统需要运行稳定、可靠，在高炉生产高效运行中发挥着重要作用。
因此，高炉卷扬系统的运行控制和管理显得尤为重要。
变频器可以对电机的输出频率进行调节，从而实现对高炉卷扬系统驱动电机的调节。
这种技术在高炉卷扬系统中广泛应用，并且得到了良好的效果。
变频器的原理变频器是一种电力电子元器件，主要用于调节电机输出的转速和扭矩。
该装置通过改变输入电压的频率和幅值，从而通过电机改变转速和扭矩。
变频器将电源交流电压变换为直流电压，通过带有超前调速的电压源逆变器将直流电压变为可变频的交流电源。
在这种方式下，输出电的特点可以不断变换。
变频器具有调节电机转速、加速、减速功能，并且可以在启动过程中缓慢启动电机，降低对电网的反冲冲击。
变频器的分类根据电机类型可以将变频器分为三种类型：1.交流变频器。
交流变频器适用于交流电机，可以实现对其输出频率进行调节。
2.直流变频器。
直流变频器适用于直流电机，可以实现对其输出频率进行调节。
3.万能变频器。
万能变频器可以适用于两种类型的电机，具有广泛的适用性，是目前使用最为广泛的变频器类型。
变频器的优势使用变频器的好处主要体现在以下几个方面：1.可控性强。
变频器能够精准地控制电机的转速，使得高炉卷扬系统的运行更为稳定。
2.节能。
通过调节电机的输出频率，可以减少额外能量的损失，降低能耗。
3.声音更小。
变频器可以平滑地控制电机速度，减少噪声的产生。
4.增加电机的寿命。
通过调节电机的运行参数，可以减少设备因过载而造成的损坏。
应用场景变频器的应用场景非常广泛，尤其是在高炉卷扬系统中得到了广泛的应用。
变频器在唐山国丰钢铁公司高炉探尺上的应用
变频器在唐山国丰钢铁公司高炉探尺上的应用收藏此信息打印该信息添加：施耐德电气（中国）投资有限公司邢建中来源：未知1 引言唐山国丰钢铁集团有限公司南区300万吨技改工程1780m3高炉总投资74996万元，包括：高炉上料系统、高炉本体、出铁场、热风炉、渣处理、煤气布袋除尘设施、高炉给水设施、供配电设施、汽动鼓风机系统、trt系统、区域综合管线等，中冶实久电装分公司承担了其中热风炉、高炉本体、上料系统、矿槽、除尘系统、区域变电所、trt余压发电系统等的电气设备、仪表的安装、调试施工。
plc用的是施耐德quantumplc，其高炉基础自动化系统配置如图1所示。
传动部分（包括探尺部分）用的是施耐德变频器。
图1 高炉基础自动化系统配置图探尺装置用于准确探测料面下降情况，以便及时上料。
即可防止料满时开大钟顶弯钟杆，又防止亏料时炉顶温度升高，烧坏炉顶设备。
当探尺卷扬机卷筒转动时通过钢丝绳带动探料尺外卷筒一起动作，外卷筒带动与之同轴的链环卷筒转动，带动链环和重锤，从而完成探料的作用。
此次探尺用的是施耐德71变频器atv71hu40n4，电机功率是2.2kw，额定电流是3.8a，额定转速是960r/min。
2 新型高炉探尺工艺控制过程新型高炉探尺采用交流变频电机传动，高性能电流矢量型变频调速器驱动控制。
高炉探尺作为监视和控制高炉内料位的重要设备，其控制的关键点在于准确地进行料面跟踪。
(1) 保证探尺的重锤在下放过程中能均匀、顺畅、可控的下放；(2) 重锤在下放到料面后，“浮”在料面上，重锤不倒不歪，随着料面的下降自动平稳地下降，即一直“浮”在料面上，保持力矩的动平衡；(3) 探尺重锤可控稳定地快速提升；(4) 探尺重锤可控、准确、平稳地停车。
3 探尺工作过程探尺由重锤、链条和钢绳相连，而链条较重，探尺在下放过程中，当探尺上的链条离开链轮箱时，须考虑链条的重量，补偿探尺的力矩。
(1) 探尺起动。
探尺收到下探信号后，小速度恒力矩开始下放；(2) 探尺放尺。
通过S120变频器实现高炉探尺的精准控制
通过S120变频器实现高炉探尺的精准控制1 背景机械探尺是高炉冶炼时用来检测高炉内部物料料面深度的关键设备，探尺的可靠运行是高炉顺利运行的前提和保障。
它是炼铁高炉上料系统的重要组成部分，主要用于检测炉内物料的深度，当下完一批料，探尺自零位自动下放，下放至炉内料面后，探尺被物料支撑，其速度减至零，但不能出现倒尺或埋尺，然后在冶炼进程中要跟随料面下降，当探尺下放到设定深度时，自动提升到零位。
如此往复，检测深度，以供操作人员设定矿石与焦炭等物料的布料角度、以及圈数。
2 机械探尺的工作原理机械探尺设备装置多为链条式结构，主要由电机、卷筒、链条、重锤及电气控制系统组成，将链条固定于卷筒上，链条下端挂上重锤，链条和重锤深入高炉内部，通过电机驱动控制重锤的上升的下降。
在实际工作中它有三种工作方式：提尺、放尺、料面跟随，根据工艺必须满足以下要求：1）提尺快速、稳定，在达到零位时必须可靠、准确停尺。
2）放尺要匀速，不能出现卡顿和惯性冲尺现象。
3）料面跟随要灵活，不能出现卡尺、倒尺、埋尺，造成链条断和重锤烧损。
2.1 提尺的力矩关系探尺向上提尺时，变频器为纯速度控制控模式，此时电机的运行方向和重锤的运行方向相同，但是电机的力矩Md与探尺重锤的重量Mg探尺链条的重量M1摩擦力矩Mz的力矩相反如图1 所示，电机力矩关系为：2.2 探尺放尺的力矩关系探尺放尺是利用重锤与链条的自身重量来进行一定的传动，此时变频器处于速度闭环控制状态，在Md的调节下，重锤以恒速V 下落，此时电机驱动力矩与探尺重锤及链条的重力力矩方向相反，运行方向与重锤运动方向相同，力矩关系为：2.3 探尺料面跟随的力矩关系探尺在匀速下放的过程中，当重锤触及料面时，电机转矩会突然变小。
变频器自动切换到力矩控制。
跟尺时探尺锤头受到料面的支撑，重锤的重量Mg消失，在料面下降。
支撑力消失时重锤的重量Mg出现，为保证测量料面的准确性，要求重锤立于料面而不倒，电机要产生保持向上的张力Md拉住重锤而不出现倒锤。
高炉探尺控制系统的设计开发与应用
高炉探尺控制系统的设计开发与应用摘要：本文介绍了一种基于矢量控制技术的高炉探尺系统的组成及其工作原理，给出了控制系统的硬件组成和参数设计方案，实践结果表明该系统实现简单运行稳定。
关键词：高炉探尺；矢量控制；西门子变频器随着变频控制技术的蓬勃发展和日益成熟，变频调速以及矢量控制技术在各工业领域的传动系统得到了广泛的应用。
矢量控制技术相比于传统的交流电机调速控制方式具有节能降耗、控制精度高、稳定性好、调速范围宽、特性曲线最优等特点。
高炉探尺系统的探料情况是高炉上料的重要依据，准确的掌握料线是高炉正常工作的基本保障，探尺系统能否安全稳定运行直接关系到高炉的正常生产。
然而在传统的控制方式下的探尺系统往往存在着运行速度慢、控制精度低、稳定性差、线路复杂、检修困难、故障点多等诸多不足，这与精确、集约、高效的现代炼铁工艺严重背离，解决这一矛盾刻不容缓。
一.探尺机械系统的组成及控制原理（一）系统组成探尺系统有三种工作状态：①在高炉上料系统每次向炉内布料之前，探尺应快速提到0m位置，以免被矿石掩埋，这时系统工作在提尺状态；②布料完成后，探尺应恒速下放到料面以探测料面高度，这时系统工作于放尺状态；③放尺完成后，探尺重锤应保持垂直状态并随料面的下降而下降，以动态的检测料面的高度，这时系统工作于浮尺状态。
（二）探尺的工作原理（1）提尺，当要对炉顶加料时，必须先将探尺探头提起至零位，这一过程为提尺操作。
提尺时，探尺电机处于电动状态，变频器为速度控制带动卷筒收取钢丝绳，绝对值编码器同步旋转，并将探尺探头的实际位置检测出来。
当探尺探头上行至零料位点时，用户plc 发出停止信号，电机停止工作，机械抱闸投入。
探尺处于提尺状态时电机正转，当重锤以v匀速上升时，电机电磁转矩md=mg+mf（md 为电机电磁力矩，mg为重锤力矩，其大小和方向保持不变，mf为静摩擦力矩，为提尺速度），电机电磁力矩和电机转向相同，为驱动转矩，变频器工作在转速控制方式。
西门子S120变频装置在4#、5#高炉探尺的应用
速度降至零 ， 开始跟随料面 ， 待 炉顶系统 收到下 一次
布料指令且料线 下 降至设 定 深度后 ， 探 尺提 至待 机
位， 如此 循环往复 。 探 尺装置是位能性负载 。根据 高炉炉 内布料要 求， 探尺有 ３种工 作状 态 ， 即提 尺 、 放尺、 跟 随料 面 ， 每种 工作状 态 下 电机 状 态 以及 负载 力矩 均 有 所 变 化， 情况 为 ： ① 提尺时 ， 负载力矩 向下 ， 电动机处 于电
的取代 品。Ｓ Ｉ Ｎ Ａ ＭＩ Ｃ Ｓ系列 中的 Ｓ Ｉ Ｎ Ａ ＭＩ Ｃ Ｓ Ｓ １ ２ ０变 频器是集 Ｖ ／ Ｆ控制 、 矢量控制 、 伺服控制为一体的高 性能 、 高精度驱动系统 ， 具 有模块 化的设计 。各模 块
①检修位 ： 机旁检修时提尺到该位置 。
②上极 限： 正常提尺到该位置开始布料。 ③待机位 ： 正常提尺到该位置开始布料。 ④０料线位 ： 料线 的基准点 。
最新 的 Ｓ Ｉ Ｎ Ａ Ｎ Ｉ Ｃ Ｓ Ｓ １ ２ ０矢量 变频器控 制探尺传 动系
统， 取 得 了很 好 的效 果 。
次是 ：
统控 制 ， 虽然 直 流调 速性 能好 ， 但其 故 障率 高 、 定期
维护 费用多 ， 随着交流变频技术 的发展 ， 直流调速 系
统逐 渐被交流系统替代 。现在 ４ ＃ 、 ５ 高炉 分别设 置
三套 探 尺 装 置 ， 改成 交 流 电动 机控 制 ， 用 Ｓ Ｉ Ｅ Ｍ Ｅ Ｎ Ｓ
钢缆 连接链 条 ， 链 条下端挂上重锤 ， 链 条 和重锤深入
探尺下降至设 定料线 时 ， 探 尺 自动 提升 至待 机
２ ０ １ ７年第 １ 期
南 钢科 技与 管理
２ 探 尺的 交流控 制
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变频调速在大高炉探尺控制系统中的应用
白国利
(高炉车间)
摘 要:分析高炉探尺工艺要求,详细介绍矢量型变频器在高炉探尺控制系统实际应用过程,探讨探尺异常情
况的处理方法,确保探尺的精度和可靠性。
关键词:高炉 探尺 矢量控制 变频调速
Appli ca ti on of Frequency Con trol i n Stock Rod Con trol System of Large Bl a st Furnace
Ba i Guoli
(Bl a st Furnace W orkshop)
Abstract:This paper mainly intr oduces the app licati on of vect or transducer in st ock r od contr ol syste m of large blast fur 2nace and discusses the treat m entmethod for abnor mal st ock r od,which ensures the p recisi on and reliability of st ock r od .Keywords:blast furnace;st ock r od;vect or contr ol;frequency contr ol
1 引言
由于矢量变换控制成功地解决了交流电动机电磁转矩的有效控制,实现了交流电动机的磁通和转矩分别控制,从而使交流电动机变频调速系统具有了直流调速的全部优点。
为此炼铁新厂两座高炉的探尺都采用变频器矢量控制的交流电动机,有效的提高了探尺的精度及可靠性,为高炉顺行提供了可靠条件。
2 探尺工艺分析2.1 探尺组成
探尺是一种探测高炉料面的装置,它由一根金属链条,连接一个铸铁锤挂在一个由交流电动机、变速齿轮箱组成的机构上,为了控制它的提尺、放尺及定位,还有一套抱闸装置。
2.2 探尺选型工艺要求
探尺在高炉生产中主要用于探测高炉内料面的实际位置,并能够在探尺到达料面后跟随料面,从而反映高炉内料面的位置。
基于探尺的上述功能,要求探尺工作在三种状态:提尺、放尺、料面跟踪,且必须满足以下工艺要求:
(1)提尺速度均匀,到达极限位置自动停止;(2)探尺下探速度均匀,不出现栽锤或悬锤;(3)探尺到料面后自动停机、扶尺,不能出现倒
尺、松绳和埋尺现象,在料面下降时,探尺能自动跟踪;
(4)和上位机保持通讯,监测料面的实际位置。
3 变频调速的实际应用过程3.1 探尺提尺
当料线到位或需要布料时,由PLC 发出信号提探尺,此时变频器频率设置为50Hz,正常速度提尺,到位后靠凸轮限位使其停机并投入抱闸。
当探尺提
04南钢科技与管理 2009年第3期
尺时,电机力矩与探尺重锤及链条重力力矩方向相反,且与重锤运动方向相同,此时电机工作在第一象限,为电动状态,电机拖动探尺提升,到达一定位置后准确停车,力矩关系为:
M电机>M重锤+M链条+M阻力
3.2 探尺放尺
放尺过程中,变频器处于力矩闭环控制状态,探尺在下放过程中一定要平稳,在探尺到料面后,不能出现倒尺、松绳和埋尺现象。
因为一旦出现这些现象,将有可能使探尺锤烧毁或链条烧断,导致探尺无法工作,即无法正常探料,直接影响高炉生产。
当探尺放尺时,电机力矩与探尺重锤及链条的重力力矩方向相反,但与重锤运动方向相反,此时变频器投入第一力矩,电机工作在第四象限,为制动状态,重锤以一恒速下降,力矩关系为:
M电机+M阻力<M重锤+M链条
3.3 探尺跟踪
当探尺重锤触及料面时,由于料面支撑力的作用,重锤的重力矩消失,不再匀速下降,此时通过PLC程序进行逻辑运算,判断探尺触及料面时,变频器自动投入第二力矩,此时,探尺受到料面的支撑力,以及一个略小于探尺锤和链条的恒定力矩的作用,于是随着料面的下降,支撑力消失,探尺跟随料面下降。
此时满足以下力矩关系。
M电机≤M重锤-(M链条+M阻力)
4 程序控制流程
程序控制流程见图1。
5 探尺异常情况处理
考虑到当探尺下放过程中受到偶然阻力时,会让变频器误认为探尺到达料面,这时若过早地投入第二力矩,探尺将会加速下落,导致探尺倾斜或栽锤,
为了消除因为外界偶然因素引起的误投第二力
图1 程序控制流程图
矩,可适当加大探尺锤的重量,使其产生的力矩远远大于链条的重量。
当探尺到达料面倾斜或倒下时,要求有一个足够大的向上的力把探尺扶正,于是要求第二力矩为以确保探尺能下落情况的最大力矩。
高炉出现坐料现象时,料面会突然大幅度下降,此时,探尺将在重力作用下产生一个向下的加速度,高速运行,此时的速度可以通过编码器计算出来,当PLC程序读到探尺出现向下的加速度时,程序自动切除第二力矩,投入第一力矩,当重锤再次触及料面时,再自动投入第二力矩,这样确保了高炉异常时,探尺仍能跟随料面,准确探料。
6 运行效果
自2002年6月两座高炉相继投产至今,该电器控制系统运行稳定,故障率低、控制精度高,满足了高炉生产操作上的要求,为高炉顺利生产提供了可靠条件。
参考文献:
[1]吴忠志,吴加林.新型变频调速系统.机械工业出版社,1995
[2]牛秀岩.电机学.冶金工业出版社,1989
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2009年第3期 南钢科技与管理。