ABB變頻器現場總線控制方式在轉爐傾動系統的應用

王西慶

摘要主要介紹ABB變頻器在轉爐傾動系統上的應用，著重分析現場總線控制方式的組成和控制方法，現場總線控制方式在第二煉鋼廠轉爐傾動的控制系統中起到了良好的效果。

關鍵詞ABB變頻器；現場總線；控制方式

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0116-01

日照鋼鐵有4座120T轉爐，5#6#轉爐傾動控制采用主從式控制方式，7#8#轉爐傾動控制采用現場總線控制方式，在現場的應用中都滿足了傾動使用的要求。四臺一次減速機若不同步傳動勢必造成一、二次減速機齒輪打齒，造成設備損壞和停爐檢修，所以轉爐傾動電機的同步運行是傾動控制中的重要課題，現場總線式控制方式在控制調速和維護上體現出很大的優勢。

1系統組成

日鋼120T轉爐爐殼為全焊接式固定爐底結構，轉爐托圈為焊接箱型結構，其內通循環水冷卻。傾動裝置采用全懸掛扭力桿平衡形式。由以下幾部分組成：驅動電機、一次減速機、二次減速機、扭力桿平衡裝置和潤滑裝置等。轉爐傾動系統采用全正力矩方式，即轉爐傾動到任一角度時都保證是正力矩，確保轉爐在360度回轉過程中都是正力矩，事故斷電時轉爐能夠以自身重力自動返回垂直位置，從而避免翻爐潑鋼事故的發生。現場使用4臺132 kW變頻電機通過4臺一次減速機同步轉動帶動一臺二次減速機實現傾動，采用4臺ABB公司生產的ACS800-04-0400-3變頻器驅動。轉爐傾動速度為0.1～1.0～1.3r/min。

2硬件設計

120T轉爐傾動裝置驅動電機，國內外以往一直采用直流電動機，隨著交流變頻控制技術的發展，交流傳動系統得到了廣泛應用，并逐步取代直流傳動控制系統。4臺YTSZ355M1-10 132 kW變頻電機由4臺有較強過載能力的ACS800變頻器驅動，主回路采用一對一的結構，以便提高系統的可靠性和靈活性。變頻器通過Profibus-DP總線鏈接在S7-400PLC上。其中RMIO板是ABB變頻器的主控制板，RPBA-01適配器是ABB變頻器的現場總線適配器模塊，它可以將變頻器連接到一個PROFIBUS網絡。將RPBA-01板安裝在需要現場總線控制的變頻器主板上。PLC硬件組態中要組態ABB變頻器，此操作需要從網上下載GSD文件，根據硬件組態的地址，調節RPBA-01適配器模塊的地址選擇開關選擇節點的地址號。選擇10-13為ABB變頻器的地址，在PROFIBUS網絡上，變頻器為從屬設備。

在接線電路上，采用常用變頻器接線，有出線電抗器來平衡出線電纜的分布容性負載，增大出線主回路的短路阻抗，抑制變頻器輸出的諧波，起到減少變頻器噪聲的效果，配有1.4歐姆制動電阻吸收剩余能耗。

3軟件設計

根據轉爐工作特點，4臺電動機必須同步啟動、制動及同步運行，如何實現這一要求，是該系統的關鍵。現場總線控制方式通過控制字和狀態字來實現PLC和變頻器的通訊，控制字（CW）是現場總線系統控制傳動單元的基本手段。當前控制地10.01設置為COMM.CW時，控制字才有效。控制字由現場總線控制器發送給傳動單元。傳動單元根據控制字的位狀態指示作出相應動作。狀態字（SW）是一個包含了變頻器運行狀態信息的字，它由傳動單元發送給現場總線控制器。通過設定參數組來控制變頻器的運行方式，4臺變頻器的參數設定一樣。下面簡要介紹一下參數的設定。

優化參數組：

99組：主要是用來設定電機的參數：額定電壓、額定電流、額定轉速、額定功率、頻率等，方便變頻器辨識電機，計算電機模型。我廠選用的是直接轉矩控制方式（DTC）。

20組：設定電機的傳動運行極限值，傾動電機額定轉速為585rpm，因此最大轉速設定為600rpm，最小為-600rpm。

21組：設定電機的啟動與停止方式，電機啟動與抱閘打開應同時進行，所以選定預勵磁，電機停止不能突然停止，否則會對電網及變頻器帶來很大的危害，所以選用斜坡減速停車方式。

22組：設定變頻器加速時間和減速時間。在這里我們都設定為1S。

27組：主要設定變頻器的制動電阻阻值，和制動單元的工作方式。有效的保證設備的穩定運行。

功能設置組：

10組：設定現場總線控制字，主要由PLC通訊給定，電機的轉向人為控制。

11組：設定變頻器轉速的最小和最大值，電機的額定轉速為585rpm，所以設為0和585，轉速由PLC給定，通過通訊接口EXT1給變頻器數值REF。

14組：用來給定抱閘運行的同步信號，也就是說變頻器運行時刻，繼電器給出信號使抱閘打開，保證了同步性，同時抱閘的運行狀態反饋到HMI畫面。

15組：此功能用來監控變頻器的輸出情況，設定輸出0-20MA電流信號來顯示速度和電流。

16組：設定變頻器由PLC通過總線來控制允許運行和故障復位。

42組：定義變頻器控制抱閘的功能，設定打開、閉合抱閘的延遲時間為0.1S和0.2S，當電機速度低于50 rpm時，打開和閉合抱閘。

網絡設置組：

51、92、98組設定RPBA-01適配器的參數和制定通訊協議。

轉爐傾動有三個連鎖，分別為氧槍高度、稀油站運行和活動煙罩，即氧槍須在待吹點以上，爐下稀油站運行和活動煙罩不在下限位傾動方可允許運行。

變頻器的初始化、啟動、停止、速度給定都是PLC通過控制字和數據塊來控制變頻器實現的，初始化、啟動、停止控制字分別為為W#16#476，W#16#47F和W#16#477。

傾動電機的控制是一個典型的轉矩PID控制，由PLC給定一個速度，通過各個變頻器的力矩與基準力矩（基準力矩為4個變頻器輸出力矩的平均值）相比較，進行PID調節，得出電機轉速的修正值，將與當前給定速度的代數和作為輸出，來控制電機，從而達到4臺電機的同步運行。

4使用效果

現場總線式控制方式是每一臺變頻器都單獨控制與其他的變頻器在硬件上并沒有直接的關系，但是又同時與基準力矩相比較，最終在轉矩上能夠相互平衡，有機統一。在有一臺變頻器或者電機損壞的情況下，并不影響使用，在這個環節上與主從式控制方式相比有很大的優勢。

5結束語

日鋼120T轉爐傾動現場總線式交流變頻傳動系統，自投入運行至今，系統穩定可靠，其控制功能完全滿足了轉爐傾動的工藝要求。在控制上有同步性能好、響應速度快等優點，在冶金行業廣泛推廣。

參考文獻

[1]劉竹，周衛華.變頻器在轉爐傾動抱閘控制系統中的應用[J].冶金自動化，2010（05）.

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