PLC和变频器控制的氧枪升降系统

为改善生产环境，淘汰落后工艺，1999年宝山钢铁股份有限公司计划在不锈钢分公司建立新的拥有230万t碳钢和72万t不锈钢生产能力的炼钢厂，其中碳钢线采用了日本著名的钢铁制作公司KHI设备。其中两座150t BOF碳钢顶底吹转炉采用了当今碳钢牛产最先进的脱磷脱碳双联法冶炼工艺，是碳钢生产线的关键没备之一。

1 系统组成和功能要求

　　系统主要由富土电机公司的ACS—PC2000系列PLC、FRIENIC 4000CM5整流器、FRENIC 4000VM5逆变器及其辅助设备组成，控制系统结构框图如图2所示。

　　由图2可以看出，该系统主要由两个部分组成，其中氧枪系统和副枪系统配置了一套独立的ACS 2000 PLC用于逻辑联锁，并在电动机的低速轴上配以专用的同步发送器(编码器)和同步凸轮控制器来进行位置控制.并通过FL-net方式与其他系统主PLC(ACS 200))通信，氧副枪3台逆变器和本体PLC通过T-Link网一起构成高性能传动控制系统。氧枪升降的调速部分和转炉倾动、副枪系统共同选用Fuji电机公司的FRENIC系列高性能的矢量控制变频器，由4套547 kW的整流装置、7套225 kV·A逆变器通过公共直流母线构成，配以速度传感器来测量升降电动机的转速。从而构成电动机的闭环矢量控制系统，实现电动机的交流变频调速运行。为了确保生产，整流单元容量按每座转炉4台150 kW倾动电动机、2台110 kW氧枪传动电动机和l台110kW副枪传动电动机驱动设计，每2套整流装置互为备用。

　　PLC首先接收来自要求氧枪操作的各种信号，然后根据这些输入信号的状态，通过内部一系列复杂的控制程序，对各种信号的逻辑关系有序地进行处理，最后向逆变器和各类控制设备适时地发出开关量控制信号，对氧枪进行升降的位置控制。

　　在PLC向逆变器发出开关量控制信号的同时，为了满足工艺的要求，逆变器又需要通过与电动机同轴的速度传感器和PG卡，对电动机完成速度榆测及反馈，形成闭环系统。速度传感器输出A、B两相脉冲，Pc}接收到脉冲信号以后，再将此反馈给逆变器内部，以便进行运算调节。根据A、B脉冲的相序，可判断出电动机的转动方向，并可以根据A、B脉冲的频率测出电动机的转速。

　　为保持稳定或紧急情况下进行抱闸，提升齿轮箱装有机械制动抱闸，此抱闸由电-液压传动机构或紧急情况下由气动传动机构打开，在紧急情况下，紧急气动电动机投入代替电气变频电动机。

　　2 系统功能的实现

　　2.1 操作方式

　　根据系统的控制特点，氧枪控制方式可分为现场控制和中央控制两种，而中央控制又可分为中央自动、中央手动、紧急提升三种。

　　(1)操作地点为便于现场调试、检查以及根据生产实际情况，设立中央/现场选择，使操作人员能在现场控制氧枪升降小车的运行。现场控制方式的操作在氧枪升降传动装置旁(50 m平台)的现场操作箱1上和氧枪人孔位置(25 Ill平台)的现场操作箱2上。现场模式可以在两个现场操作箱中的任一个上进行选择，把选择开关由“中央”切换到位置“现场”。进行选择后，现场操作箱1或2上的信号灯“LOCAL”显示，同时在中央主操作室CRT的氧枪操作画面上显示氧枪在现场的操作模式。从现场模式返回到中央模式时，把现场操作箱1和2上的选择开关从“现场”再切换到“中央”，即两个现场操作箱上的选择开关都位于“中央”位置，同时在中央主操作室CRT的氧枪操作画面上将操作模式设定为中央模式，这样进行选择后，现场操作箱1和2上的“REMOTE”信号灯全部显示，同时在中央主操作室CRT的氧枪操作画面上显示氧枪在中央的操作模式。

　　(2)操作方式控制系统满足烟罩在工作位、转炉在垂直位、控制电源正常、编码器正常、钢丝绳压力正常、不在紧停状态、不在紧提状态的条件后，操作人员操纵各相应的按钮，即可正常运行。

　　1)自动方式。只能在中央操作室操作站(CRT画面)上操作，即在转炉吹炼过程中，当吹炼条件满足时，PLC就接受来自上位机的指令，通过T-Lnk通信，逆变器就获得设定的正向给定，氧枪高速向下运行，与减速机同轴的同步发送器进行高速计数，将同步检测到的机械位置转变为电信号，并将它连接至同步凸轮控制器，转换为数字信号和内部设定值进行比较，将比较结果发送给PLC，到减速值时减速、停车值时停车，完成向下的全程运行。当吹氧完了后，电动机作反向运行，原计数器做减计数，减至停车值时，电动机停车并完成一个循环动作。

　　2)手动高速方式。根据现场的实际情况，通过CRT上的操作按钮或现场操作箱的手动操作开关，来对氧枪进行上升或下降的操作，这样逆变器就获得设定的正向/反向给定，氧枪高速向上/向下运行，与减速机同轴的同步发送器进行高速计数，将同步检测到的机械位置转变为电信号，并将它连接至同步凸轮控制器，转换为数字信号和内部设定值进行比较，到减速值时减速、停车值时停车，完成全程运行。

　　3)手动低速方式。为便于观察氧枪运行的实际情况，在选用手动低速操作方式时，不管上升还是下降，氧枪升降速度不受升降位置的限制，整个的升降过程全部都是低速。只有操作方式选用手动高速时，氧枪在整个的行程中，才能根据升降的位置图不断调整升降的速度。