高爐助燃風機電機電氣控制研究

張青旺　李曉鵬

摘 要：本文研究了煉鐵廠高爐高爐助燃風機電機的電氣控制特點，針對目前設(shè)備存在的電機燒毀、設(shè)備老化運行不穩(wěn)定等問題，通過淘汰原有傳動方式，改用變頻器控制運行，變頻器初始化參數(shù)及抱閘控制程序優(yōu)化等方法，使電機運行速度可調(diào)，啟制動時間可調(diào)，通過在變頻器安裝制動電阻，使電機的啟動電流變少，減小對機械和電氣設(shè)備的沖擊，設(shè)備可靠性高。實現(xiàn)了對熱線生產(chǎn)時間的延誤盡可能減到最小，保證了正常的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：電氣控制高爐；助燃風機；電氣控制

一、電氣控制說明

電氣控制指的是通過控制電氣設(shè)備的電壓、電流、頻率、通斷、連鎖、速度等，完成工藝過程的動作要求。對于工藝過程程序及功能相對固定的機電設(shè)備，我們通常采用繼電接觸控制。

機電設(shè)備電氣控制基本原理是，通過電器控制線路，即由各種有觸電的接觸器、繼電器、按鈕、行程開關(guān)等按不同連接方式組合而成的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對機電設(shè)備的啟動、正反轉(zhuǎn)、制動、調(diào)速和保護，滿足生產(chǎn)工藝要求，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。常見的基本控制線路有：點動控制線路、正轉(zhuǎn)控制線路、正反轉(zhuǎn)控制線路、位置控制線路、順序控制線路、多地控制線路、降壓啟動控制線路、調(diào)速控制線路、制動控制線路。

電氣控制除了在滿足生產(chǎn)工藝，控制電壓的要求的同時，必須要考慮控到制電路工作的安全性、可靠性，便于操作、維修和電路簡明等一系列的問題。

二、改造措施

1、變頻器閉環(huán)控制改造

變頻控制系統(tǒng)原設(shè)計僅有變頻器電流內(nèi)反饋閉環(huán)控制，電機抗擾穩(wěn)速性能差，是減速機產(chǎn)生劇烈晃動的原因之一。國內(nèi)同行如天鐵集團采用的是帶編碼器速度反饋的速度閉環(huán)控制，其每臺電機通過編碼器將速度反饋給變頻器，當負載變化影響電機轉(zhuǎn)速時，變頻器能夠很好的調(diào)整輸出，保持電機恒速，使電機具有良好的抗擾穩(wěn)速性能。但目前的現(xiàn)狀是，電機未設(shè)計編碼器接手，安裝編碼器必須全部更換新電機，而且型鋼煉鋼廠建設(shè)時未嚴格按照變頻器EMC導(dǎo)則進行設(shè)計施工，電機距變頻器距離長，信號線、電機線混放且接地系統(tǒng)不完善，改造使用編碼器速度反饋可能存在強烈的信號干擾，埋有更大的事故隱患，因此采用待編碼器反饋的速度閉環(huán)控制不適合應(yīng)用。經(jīng)過反復(fù)研究變頻器功能圖，結(jié)合現(xiàn)場實測，在輸出頻率5Hz以上時變頻器內(nèi)部檢測的速度反饋值與實際電機速度差別不大，完全可以用變頻器自身檢測的速度反饋代替編碼器速度反饋，實現(xiàn)速度內(nèi)反饋閉環(huán)控制。因現(xiàn)場基本用不到5Hz以下的運行頻率，速度內(nèi)反饋閉環(huán)控制完全可以代替速度外反饋閉環(huán)控制，且實際應(yīng)用效果良好。

2、西門子矢量型變頻器初始化參數(shù)優(yōu)化

要消除高速制動，首先必須將保證電機速度減速至接近零速時控制抱閘抱死，同時還必須避免減速時間過長導(dǎo)致爐子停不住產(chǎn)生下滑現(xiàn)象。研究變頻器矢量大全中關(guān)于減速功能方面的參數(shù)設(shè)置，P464減速時間的設(shè)置對減速快慢起決定性作用。但在實際調(diào)試過程中，無論如何修改減速時間的大小，實際減速時變頻器并未按設(shè)定曲線減速，而像是自由停車，即系統(tǒng)不能實現(xiàn)設(shè)定的減速時間。經(jīng)過系統(tǒng)排查分析，我們?nèi)藶樽冾l器本身不存在硬件問題，變頻器減速時間不起作用的原因應(yīng)該與變頻器初始化參數(shù)設(shè)置不正確有關(guān)。因此將電機全部脫開，重新做電機自學(xué)習(xí)，對變頻器初始化參數(shù)進行了重新優(yōu)化。電機辨識及優(yōu)化功能全部實現(xiàn)后，將電機連接上減速機，帶負載進行調(diào)試。調(diào)試結(jié)果顯示，變頻器可以正常按設(shè)定減速曲線減速，功能良好。經(jīng)過反復(fù)試驗，將變頻器P464減速時間設(shè)定為1.5S，實際動作時，電機從最高速開始停車，減速至接近零速的時間為1.5S以內(nèi)，完全滿足控制要求。

3、優(yōu)化抱閘控制程序

重新設(shè)計PLC抱閘控制程序，要求抱閘得電條件為一主兩從變頻器抱閘打開信號輸出；抱閘失電條件為一主兩從變頻器抱閘打開信號取消或有停止信號后PLC延時3S強制抱閘失電。程序修改后抱閘動作條件全部交給變頻器分析判斷，為提高系統(tǒng)可靠性，變頻器控制抱閘信號未直接控制抱閘接觸器動作，而是首先接入PLC，經(jīng)過PLC分析必要條件滿足后再輸出控制抱閘接觸器。PLC保留緊急情況下急停功能和變頻器停止后延時3S強制抱閘失電功能，確保在異常情況下抱閘可靠抱死。設(shè)置合適的變頻器抱閘控制參數(shù)，并調(diào)試滿足設(shè)備平穩(wěn)運行的要求，啟動：閥值選擇力矩參數(shù)，閥值力矩值必須設(shè)置準確，既要杜絕各個位置啟動發(fā)生點頭還要保證啟動無沖擊，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試選擇力矩閥值為5%額定值，延時時間為0S；制動：閥值選擇速度參數(shù)，理想狀況下速度閥值為零速，但考慮抱閘制動過程有時間，速度降落時力矩要保持滿力矩防止下滑，因此速度閥值的設(shè)定必須慎重，經(jīng)過反復(fù)試驗和分析歷史曲線，選擇速度閥值為7%額定值，可以保證制動輪停止的同時抱閘可靠抱死。

4、改變變頻器主從控制方式解決電機速度不同步

改造后抱閘失電抱死時，變頻器速度反饋值已降低至很小，現(xiàn)場觀察基本接近零速，但存在的問題是制動時明顯可以觀察到有的電機對輪要反轉(zhuǎn)一下，減速機仍然有較強烈震動，由改造前的縱向衰減震動變?yōu)榱藱M向振動，對減速機沖擊仍然十分大。經(jīng)過分析，從曲線也可以看到，減速期間電機速度不同步，特別是有的電機速度還反向，這是造成電機反轉(zhuǎn)、減速機橫向振動的根本原因。

速度不同步的原因分析是由于變頻器固定采用主從控制方式，主變頻器為速度控制，從變頻器跟隨主變頻器是力矩控制，即變頻器力矩始終保持一致，而速度不受控。正常轉(zhuǎn)動期間因電機相當于同軸連接，因此速度可以保持基本一致，但在制動減速期間，因載荷變化劇烈，電機減速特性不完全相同，因此若仍然采用力矩同步控制，必然導(dǎo)致速度不一致現(xiàn)象發(fā)生，在不同載荷的情況速度不一致的程度不盡相同，反映到負荷端，即發(fā)生上述異?，F(xiàn)象。要消除此現(xiàn)象，只能從改變變頻器主從控制方式入手，曾做試驗取消變頻器主從控制，電機全改為速度控制，電機力矩不受控產(chǎn)生的嚴重后果是電機不同步導(dǎo)致變頻器頻繁過流故障，無法正常使用。經(jīng)過研究變頻器矢量大全，制定了可靠的解決方案：取消各臺變頻器固定的主從參數(shù)設(shè)定，改為由PLC通訊控制字控制；編寫PLC程序自動判斷爐子進入減速制動狀態(tài)，從變頻器控制字相應(yīng)位置0，變頻器自動切換為速度控制；程序自動判斷制動結(jié)束，將從變頻器的控制字相應(yīng)位置1，主變頻器控制字狀態(tài)保持不變，變頻器自動切換回主從控制方式。按此方式改造，啟動及運行期間主從控制方式保證電機力矩同步，減速期間速度控制方式保證電機速度保持一致，徹底解決了制動時電機速度不同步的現(xiàn)象，減速機停車制動變得十分平穩(wěn)，高速停車時減速機也無振動現(xiàn)象發(fā)生。

結(jié)束語

機電一體化是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的總趨勢，目前國內(nèi)的機電一體化工作已初具規(guī)模，但在很多方面還應(yīng)加強重視和改進。高爐助燃風機電機電氣控制對于設(shè)計出高效能、低造價的現(xiàn)代化設(shè)備，有效利用其特點和效能有重要意義。

參考文獻：

[1]陳伯時.電力拖動與自動控制原理[M].機械工業(yè)出版社，2002.

[2]郭選明.試論電氣控制設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題[J]煤炭技術(shù)，2012（10）

[5]包文禮，涂林鵬.兩種典型的掘進機電控系統(tǒng)[J]科技資訊，2009，（22）