变频器在高炉卷扬系统的应用

关键词： 起升 重物 卷筒

卷扬机又称绞车, 是由动力驱动的卷筒通过挠性件 (钢丝绳、链条) 起升、运移重物的起重装置。可以垂直提升、水平或倾斜拽引重物。它结构简单, 使用方便, 广泛应用于建筑、安装、运输等部门的拽引和起重作业。卷扬机按驱动方式可分为人力驱动和机电动驱动两大类。本文讨论电力驱动型卷扬机的变频调速驱动技术。

1 高炉卷扬上料控制工艺要求

高炉卷扬是高炉上料系统的主要设备, 主要任务是把品种不同的炉料从储料槽运送到炉顶的储料罐中。高炉上料系统主要有两种:带式上料机和斜桥料车上料机。由于斜桥料车上料占地面积小, 在中小高炉中得到广泛的应用, 如中型高炉卷扬系统采用双电机控制, 小高炉采用单电机控制。

本设计是采用小车输送方式, 小车输送方式是:小车卷扬机采用交流电动机拖动, 电机正、反转控制, 牵引通过钢丝绳连接的两台料车在斜桥上一上一下交替工作, 为了能对小车做到精确控制, 控制系统必须具备以下条件。

(1) 料车启动、停车及加、减速应平稳, 速度控制受负载 (空载或满载) 影响较小。

(2) 主卷扬有钢绳松弛保护和极限张力保护装置 (过流保护) 。

(3) 料车能频繁起动、停止。

(4) 料车能正、反双向控制。

(5) 在PLC及操作台手动方式下, 料车能做到无极调速, 调速范围大、平滑性较高, 做到平稳起动—加速—稳定运行—减速—平稳停车。

(6) 在零速时维持大转矩输出, 防止料车起动和停车时重载下滑。

(7) 料车应具有行程极限, 超极限保护装置, 低速检查保护。在停车时做到稳定、精确定位, 防止料车过头。

(8) 料车尚未到达行程终点的卷筒反转保护;在卡车的状态下, 可允许停车或有控下行。

2 高炉卷扬的系统设计

设计高炉卷扬机的技术参数为:料车最大载重为8.0t, 额定在载重5.5t, 料车自重2.5t, 卷筒直径1200mm, 料车行程86m, 减速机减速比30:1, 电机:交流380V、220kW、转速1480转/分。

为了保证高炉稳定运行, 系统采用一用一备方式。变频器采用Schneider公司变频器ATV71, 控制采用Schneider公司Quant u m系列P L C进行控制, 操作台信号进入PLC, PLC处理后控制变频器, 分为自动/手动方式, 自动采用MODBUS通信方式, 手动为硬线连接方式, 作为通信故障时的备用, 系统的原理框图如图1。

系统的参数 (1) 变频器ATV71HC25N4, Pe=250kW, Ie=444A。 (2) 进线电抗器VW3A4563出线电抗器VW3A5107。 (3) 制动单元VW3A7101制动电阻75kW, 1.05Ω。 (4) MODBUS通信卡VW3A3302。

3 高炉卷扬的调试方法

高炉卷扬上料运行速度曲线如图2所示, 图中t2、t4、t6为变速点, 信号由料车主令控制器给出、t8为料车上限位点, 系统共设有三档速度, f1=10Hz、f2=35 Hz、f3=45Hz。

在t1段料车处于料坑段, 系统给出启动命令, 变频器启动, 这时电机抱闸没有打开, 系统电流迅速增大, 当电流达到180%～200%Ie时, PLC发出抱闸打开命令, 电机以S型的升速方式迅速平稳达到中速35Hz。

在t2时刻料车主令控制器给出加速点的信号, 料车处于中间段高速45Hz平稳运行, 接近t4料车一次减速, 中速进入曲轨卸料段。

在曲轨卸料段t6时刻发出二次减速命令, 料车以低速10Hz运行。在t7时刻发出停车命令, 变频器开始检查速度, 当低于5Hz时, 抱闸关闭, 变频器开始制动, 自动电阻投入, 料车卸料到炉顶储料罐中。t8为料车上限位点和下行料车的底部限位信号是系统保护的最后一道防线, 当到达此限位时, 变频器的输出接触器跳闸, 同时发出抱闸关闭信号, 强制系统停车。

每次的上料时间为38s (焦炭) 、43s (矿石) , 在整个运行过程中, 加速和减速时间的设置比较重要, 因为这个时间决定料车的行走的加速度, 如果这个时间太短, 在料车处于料坑段料车钢丝绳容易产生松弛;在曲轨卸料段钢丝绳容易产生抖动, 所以加减速斜坡一般设置为S型的方式。

4 结语

变频技术在高炉上料中的使用, 特别是直接转矩控制技术和机械制动控制技术的应用, 很好地解决高炉料车重载起动和精确定位的问题。而主、从控制技术的应用, 解决了多传动的同步问题, 减小了设备的大型化, 降低了维护的工作量和设备投资。其简明的参数设定、完善的控制和故障保护报警功能为控制系统提供了保障, 并且通过与PLC、编码器相结合组成控制系统, 控制简单, 控制精度高, 维护方便, 完全满足高炉上料系统的要求。

摘要：本文主要介绍变频器在高炉卷扬机主驱动系统的技术应用, 以Schneider变频器ATV71在高炉卷扬中的应用为例进行阐述。高炉上料系统利用现代计算机技术将PLC系统与变频器系统紧密结合在一起, 实现PLC与变频器控制的统一, 解决了因卷扬控制系统不稳定而造成的休风、停产问题。提高了卷扬上料系统的稳定性, 降低了上料系统的故障率。

关键词：变频器,系统设计,高炉卷扬