干熄焦提升機傳動系統的開發與應用

王蕾

（濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東　濟南250101）

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信息化建設

干熄焦提升機傳動系統的開發與應用

王蕾

（濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東濟南250101）

摘要：對干熄焦提升機提升傳動、走行傳動進行改進，開發了提升機控制系統。該控制系統主要包括控制CNET網絡、傳動CNET網絡和I/O站的DNET網絡3部分。該干熄焦提升機傳動裝置安全、可靠、高效運行，將提升機下降時發電狀態及制動狀態的能量通過回饋電網，每年節省電費50余萬元。

關鍵詞：干熄焦；提升機；傳動；能量回饋；控制系統

1　前　言

提升機是干熄焦工程最關鍵的紅焦運輸設備，運行于提升井架及干熄爐構架上，將裝滿紅焦的焦罐從電機車上提升至井頂部，通過走行部分橫移至干熄爐爐頂，與裝入裝置相配合，將紅焦裝入干熄爐內，然后將空焦罐返回至提升井下的電機車上。

傳統的提升機傳動系統在安全性、能量回收方面存在問題，為此，結合先進的控制系統，對提升機傳動進行改進與提升。

2　提升機傳動系統改進

提升機的提升及走形機構均由2臺相同功率的變頻電動機作為動力。正常提升及走形時，2臺相同功率的變頻電動機同時工作，當任何1臺變頻電動機出現故障時，另外1臺作為緊急運行的動力。

2.1提升傳動部分

干熄焦提升機具有典型的位能性恒轉矩負載特性，轉矩具有固定的方向，不隨轉速的方向改變而改變。不論重物被提升（速度方向向上）或下放（速度方向向下），負載轉矩始終為同一方向（轉矩方向向下）。顯然，位能性恒轉矩負載特性在第一與第四象限內，表示恒值特性的直線是連續的。

根據提升負載的特性，在傳動主回路設計中，做了以下4個方面改進：1）提升部分向下運動時，速度方向與負載轉矩方向相同，電機處在發電狀態，因此大量的位能轉化成電能，考慮到節能因素，提升變頻器選用具有能量回饋功能的Power Flex700L系列的變頻器。2）由于回饋電網的電流存在諧波，為防止對電網造成干擾，在變頻器前端增加了π型濾波裝置。3）為限制電機側的反射波及電壓變化率對變頻器造成的影響，在變頻器和電機之間增加了出線電抗器。4）考慮到運行精度的要求，增加了增量型編碼器，實現速度閉環反饋功能。提升機傳動主回路示意圖見圖1。

圖1　提升機傳動主回路示意圖

2.2走行傳動部分

提升機走行傳動部分為普通的感性負載，采用普通的進線電抗器、變頻器、出線電抗器、電機、制動單元的結構。另外，考慮到運行精度的要求，增加了增量型編碼器速度反饋功能。因此，走行傳動部分由進線電抗器、變頻器、出線電抗器、電機、制動單元及增量型編碼器構成。

2.3提升機傳動控制

1）提升和走行電機傳動部分均采用帶速度編碼器的閉環矢量控制方式，實現交流電機的勵磁電流與力矩電流的解耦控制，以達到交流電機的高性能調速的目的。2）采用固定速度選擇方式，實現變頻器的速度控制。傳動系統速度選擇通過4個中間繼電器實現正方向3個速度和負方向3個速度，共計6個速度的控制。利用格雷碼編寫原理，即任意兩個相鄰數的代碼只有1位二進制數不同的編碼。將格雷碼原理應用于傳動系統固定速度選擇，提高了系統的可靠性和安全性。3）提升傳動部分的抱閘控制，增加了啟動時力矩檢測和停止速度檢測功能，保證提升機系統啟動和停止時安全平穩運行。4）根據機械設備實際運行情況，變頻器啟停時增加S曲線功能，減小對機械設備的沖擊，并且為避開機械設備共振，啟用了跳躍頻率功能，以此延長機械設備使用壽命。

3　提升機控制系統開發

采用ControlLogix 1756系列自動化產品作為干熄焦整體控制系統的2個遠程站，見圖2。提升機控制系統主要由3部分構成：1）控制CNET網絡，下掛2個提升機PLC遠程站，分別為機上I/O站、機下I/O站；2）傳動CNET網絡，下掛四套變頻器；3）機上I/O 站DNET網絡，下掛2個絕對值編碼器。

圖2　提升機控制系統網絡

3.1硬件組成

1）提升機的兩個PLC控制站分別為機上I/O站和機下I/O站。機下I/O站的控制柜布置在主控樓PLC控制室，機上I/O站的控制柜布置在提升機司機室內。為了確保長距離移動信號通訊的抗干擾性，機上I/O站和機下I/O站通過光電轉換，采用冗余光纖進行通訊。2）兩個絕對值編碼器通過DNET網絡，將編碼器信號采集到PLC控制系統，用于測量提升高度和走行距離，并且與限位開關一起參與提升機系統的控制。

3.2軟件功能

1）實現提升機主控室自動、機上自動、機上手動、換繩操作4種操作模式。2）提升機鉤開位、焦罐等待位、提升井側對中位、干熄塔側對中位、干熄塔側落到位等5個位置，均可啟動自動循環程序。3）提升機自動運行過程中無需人為干預，并能實現異常及故障狀態退出自動程序。運行過程中實現編碼器和限位開關同時用于控制，并且允許編碼器切除情況下運行自動程序。4）對傳動系統的變速或停止功能點進行編碼器和限位開關雙重保護，增加系統故障急停變頻器功能，保證在限位故障條件下，傳動系統可靠安全停止。5）增加PLC發出指令與變頻器實際動作的校驗功能，防止器件或線路問題引起的誤動作。6）考慮安全性，機上PLC柜通訊實時監測功能，機上PLC斷電或通訊異常，整個提升機系統程序將停止運行。

4　提升機傳動系統的特點

1）安全性。提升系統的獨有懸停功能，當發生抱閘故障時，無法抱緊，變頻器會自動啟動，保持零速一段時間，然后以低速下降，將焦罐緩慢落下，并報警。2）可靠性。自主開發了變頻器的編程功能，保證變頻器的可靠性。內置devicelogix控制器，可以實現梯形圖或功能塊編程，對于干熄焦項目，變頻器的編程功能主要應用于抱閘控制；對于提升機抱閘，如采用常規的PLC控制，會有PLC掉電、控制繼電器故障、反應延遲等諸多隱患，而抱閘直接于變頻器控制，變頻器根據力矩檢測，進行抱閘控制，杜絕溜罐和延遲打開等現象。3）節能性。提升機傳動采用的是能量回饋裝置，整流和逆變部分都是采用IGBT元器件。對于電網容量不大，電源質量較差的地區，尤為適合。因變頻器運行過程中會產生大量的高次諧波，變頻器回饋的能量通過電網回饋，節省了電能、減少了高次諧波，保障了變頻器和控制系統的穩定運行。

5　結　語

干熄焦提升機傳動裝置在河北宏奧干熄焦、遷安九江干熄焦等工程中成功應用，運行穩定可靠，性能卓越，采用具有能量回饋功能的變頻器，將提升機下降時發電狀態及制動狀態的能量通過回饋電網，每年節省電費50余萬元。

Development and Application of CDQ Elevator Drive System

WANG Lei

（Jigang International Engineering and Technology Co., Ltd., Jinan 250101, China）

Abstract:The hoisting drive, running drive of the CDQ elevator was improved, the elevator control system was developed. The control system included CNET Networks for control, CNET Networks for drive and I/O station DNET network. The successful use of the CDQ elevator drive device can make the CDQ elevator run safely, reliably and effectively and save more than half a million Yuan each year through the power feedback which comes from the generating mode and braking state of the elevator.

Key words:coke dry quenching; elevator; drive; energy feedback; control system

中圖分類號：TH21

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4620（2016）02-0056-02

收稿日期：2015-11-26

作者簡介：王蕾，女，1969年生，1991年畢業于包頭鋼鐵學院電氣自動化專業。現為濟鋼國際工程技術有限公司高級工程師，從事供配電及自動化專業工程設計。