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，針對目前設備存在的電機燒毀、設備老化運行不穩定等問題，通過淘汰原有傳動方式，改用變頻器控制運行，變頻器初始化參數及抱閘控制程序優化等方法，使電機運行速度可調，啟制動時間可調，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備的沖擊，設備可靠性高。實現了對熱線生產時間的延誤盡可能減到最小，保證了正常的生產。

關鍵詞：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備，我們通常采用繼電接觸控制。

機電設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、行程開關等按不同連接方式組合而成的控制系統，實現對機電設備的啟動、正反轉、制動、調速和保護，滿足生產工藝要求，實現生產過程自動化。常見的基本控制線路有：點動控制線路、正轉控制線路、正反轉控制線路、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、調速控制線路、制動控制線路。

電氣控制除了在滿足生產工藝，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、變頻器閉環控制改造

變頻控制系統原設計僅有變頻器電流內反饋閉環控制，電機抗擾穩速性能差，是減速機產生劇烈晃動的原因之一。國內同行如天鐵集團采用的是帶編碼器速度反饋的速度閉環控制，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速時，變頻器能夠很好的調整輸出，保持電機恒速，使電機具有良好的抗擾穩速性能。但目前的現狀是，電機未設計編碼器接手，安裝編碼器必須全部更換新電機，而且型鋼煉鋼廠建設時未嚴格按照變頻器EMC導則進行設計施工，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控制不適合應用。經過反復研究變頻器功能圖，結合現場實測，在輸出頻率5Hz以上時變頻器內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，實現速度內反饋閉環控制。因現場基本用不到5Hz以下的運行頻率，速度內反饋閉環控制完全可以代替速度外反饋閉環控制，且實際應用效果良好。

2、西門子矢量型變頻器初始化參數優化

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致爐子停不住產生下滑現象。研究變頻器矢量大全中關于減速功能方面的參數設置，P464減速時間的設置對減速快慢起決定性作用。但在實際調試過程中，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定曲線減速，而像是自由停車，即系統不能實現設定的減速時間。經過系統排查分析，我們人為變頻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該與變頻器初始化參數設置不正確有關。因此將電機全部脫開，重新做電機自學習，對變頻器初始化參數進行了重新優化。電機辨識及優化功能全部實現后，將電機連接上減速機，帶負載進行調試。調試結果顯示，變頻器可以正常按設定減速曲線減速，功能良好。經過反復試驗，將變頻器P464減速時間設定為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，完全滿足控制要求。

3、優化抱閘控制程序

重新設計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。設置合適的變頻器抱閘控制參數，并調試滿足設備平穩運行的要求，啟動：閥值選擇力矩參數，閥值力矩值必須設置準確，既要杜絕各個位置啟動發生點頭還要保證啟動無沖擊，經過反復調試選擇力矩閥值為5%額定值，延時時間為0S；制動：閥值選擇速度參數，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，因此速度閥值的設定必須慎重，經過反復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為了橫向振動，對減速機沖擊仍然十分大。經過分析，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、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，必然導致速度不一致現象發生，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，即發生上述異常現象。要消除此現象，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，電機力矩不受控產生的嚴重后果是電機不同步導致變頻器頻繁過流故障，無法正常使用。經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設定，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，從變頻器控制字相應位置0，變頻器自動切換為速度控制；程序自動判斷制動結束，將從變頻器的控制字相應位置1，主變頻器控制字狀態保持不變，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象，減速機停車制動變得十分平穩，高速停車時減速機也無振動現象發生。

結束語

機電一體化是現代工業發展的總趨勢，目前國內的機電一體化工作已初具規模，但在很多方面還應加強重視和改進。高爐助燃風機電機電氣控制對于設計出高效能、低造價的現代化設備，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].機械工業出版社，2002.

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

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