全數字直流調速裝置在高爐探尺中的應用

摘要：簡明介紹了營口中板1#高爐探尺中，西門子6RA70全數字直流調速裝置應用特點；主要控制原理及關鍵參數調整。

關鍵詞：高爐；探尺；全數字；直流調速；傳動系統。

一、概述： 高爐探尺是檢測高爐料面高度的專用設備，大型的高爐設有多臺探尺，以高爐軸線對稱分布。探尺傳動機械通過卷揚鋼索（或鏈條）帶動一圓柱體重錘在作垂直升降運動。重錘下端觸到料面時卷揚鋼索下放的長度反映出料面的高低。因此要求無論是提尺還是放尺卷揚鋼索始終處于拉緊狀態。

以往的高爐探尺多采用三相交流繞線電機轉子串電阻或采用可控硅三相零式整流的直流電路，來控制探尺卷揚的直流電動機電樞電壓，改變機械特性來滿足探尺各種共情況下的拖動要求。由于技術水平已經落后，加之控制設備繁瑣等因素，因此故障率高且無明確指示、維護困難等等，嚴重影響了高爐的正常生產和穩定運行。在營口中板廠1#高爐中采用西門子6RA70全數字直流調速裝置對探尺卷揚系統，進行閉環調速控制，充分利用成熟的高新技術，發揮了全數字調速的優越性，使調速性能在本質上得到了改善。

二、6RA70裝置的特點及應用

6RA70全數字直流調速裝置是西門子公司推出的最新一代直流調速產品，具有功能強大，控制靈活可靠，結構緊湊，維護保養簡單等優點，裝置的額定電流范圍為15--2000A，有一象限和四象限之分。

1、該裝置的主要特點有：

（1）調節精度高

用脈沖編碼器作速度反饋時，調節器精度達到0.006%。

（2）雙CPU功能

6RA70裝置采用兩個高效能CPU，所有開、閉環驅動及通訊功能都由這兩個CPU實現。

（3）自動優化功能

電流調節器、速度調節器及弱磁等都可以通過自動優化

到各自調節器相關的調節參數；如電流調節器及速度調節器優化可得到與流調、速調相關的比例增益及積分時間常數：P、I等；弱磁優化運行將得到電機的磁化曲線。

（4）S曲線技術

通過選擇斜坡上升、下降、下過渡圓弧等時間來實現制動、加減速的S曲線過渡，減少因速度突變而引起的電流過大和機械沖擊現象。有利于延長電器和機械壽命。

（5）靈活的S00軟件模塊連接

6RA70裝置提供了一個S00軟件包；里面包含了大量的自由功能塊，可以通過開關量或模擬量自由連接，隨意配置所需的控制功能。

2、探尺控制原理及應用

探尺卷揚采用兩臺4KW、24.5A、220V、1000/rpm的直流電機；控制器采用6RA7025—6DS-0AS00裝置三套；一備兩用。如圖所示：

（1）探尺工藝

探尺是利用電動機拖動重錘來探測料面高度，為位能性負載，其主要有三種狀態：提尺，放尺和坐探。

負載特性分析如下圖：

當探尺為提尺狀態時，電動機工作在第一象限，處于電動狀態，此時電動機的力矩為： M電機= M重錘+ M鋼索+ M摸檫

當探尺為放尺狀態時，電動機工作在第四象限，處于制動狀態，此時電動機的力矩為： M電機= M重錘+ M鋼索- M摸檫

當探尺接觸料面時，此時對電機無速度要求，只要求重錘直立于料面，不至于傾斜或倒下，并且要求隨料面下降而自動跟蹤，此時要求電機的力矩應滿足下列關系：

M≤ M電機< M重錘- M摸檫

M為保持重錘直立于料面的力矩。

探尺系統關鍵參數調整結果

參數號參數含義說明調整結果

P087抱閘釋放時間-2s

P080抱閘控制字2

P303斜坡上升時間5s

P304斜坡下降時間5s

P305下過渡圓弧時間1.5s

P306上過渡圓弧時間1.5s

PO76.1整流器電樞電流調整50%

PO78.1整流器供電電壓調整220V

U176自由功能塊中限幅器的限幅值50%

U178自由功能塊中限幅器的限幅值20%

P403固定給定值10%

（2）控制系統組成

提尺控制為電樞電壓反饋和電樞電流反饋共同構成的普通雙閉環控制系統；主通道由主給定；給定限幅；斜坡函數發生器；速度限幅；速度調節器；電流限幅；電流調節器及功率選通單元等組成。穩定提尺速度；使重錘以給定的速度勻速上升。磁場為恒流控制，即保持磁場恒定。

放尺由電流負反饋和電樞電壓部分正反饋組成；主通道由主給定；給定限幅；斜坡函數發生器；電流調節器和限幅以及功率選通單元等組成；放尺作恒流調節；確保系統為恒力矩控制；使重錘以給定的速度勻速下降。

坐探與放尺控制基本相同，通過調節放尺給定及流調限幅并配合PLC發出坐探信號后，執行坐探操作。也可以使放尺、坐探速度小于等于給定值，同時由放尺轉入坐探，非常平穩。

由于提尺和放尺的控制通道和電流限幅的不同；因此需使用6RA70的S00軟件包中的自由功能塊，來搭建系統；通過對功能參數U176和U178的適當調整，來實現對提尺和放尺的不同限幅控制。

三、結束語

結合PLC技術，6RA70全數字直流調速裝置在高爐探尺中的應用，具有性能穩定，功能強大靈活；運行可靠；調節精度高；參數設置方便；自身保護完備以及故障率低等優點，經現場實際運行檢驗，情況良好。