变频器在高炉主卷扬上应用

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1、西门子变频器在高炉主卷扬上的应用摘要：本文介绍西门子70矢量控制型变频器在标准的PROFIBUS网络中应用。以及对该系统的通讯及传动控制部分进行讨论一、概述：在高炉炼铁生产中，一般把按照品种、数量称量好的炉料从地面的贮矿槽运送到炉顶的生产机械称为高炉上料设备。料车主卷扬是上料系统的核心设备，其可靠性直接影响到生产效率及经济效益。本文对西门子矢量控制型变频器在该系统改造部分的应用，以及该系统的传动控制部分进行讨论。二、系统组成：1、机械部分构成由一台卷扬机拖动两台料车，料车位于轨道斜面上，工作过程中，当装满炉料的料车上升时，空料车下行，空车重量相当于一个平衡锤，平衡了

2、重料车的自重。两料车交替上料，即其中一台料车载料上行，另一台为空车下行，运行过程中电机始终处于负载状态。2、电气部分构成系统由一台S7－400的PLC做主站，主令控制器用普通导线传输。西门子变频器、卷扬低速轴同轴安装绝对式编码器通过PROFIBUS与主站进行数据传送，通讯介质采用双绞带屏蔽的铜芯电缆。操作指令由WINCC人机界面发送到PLC。如图（1）3、系统工作原理：图2中：VVVF为西门子70变频器，KM1为输入接触器，KM2为输出接触器，KM3为抱闸接触器，M为卷扬电机，M1为液压推动器。CBP2为变频器通讯板。24V辅助电源用于当网侧电压中断时，支持装置的通

3、讯功能和诊断功能。制动单元，制动电阻在电机制动或加/减速时把动能转换成热能。工作原理：操作工发出料车1上行指令，上位机通过控制字发出开机及正转命令，同时主给定值HSW给出变频器的高速频率45Hz，变频器由0Hz开始提速，PLC控制开启抱闸，料车上行，直到全速运行；随着电机的转动，主令控制器的K1闭合至PLC（如图3），由PLC发出低速指令，同时主给定值HSW给出变频器的低速频率10Hz，电机以低速运行；当主令控制器的K3闭合时．说明料车已经达到终点，变器封锁输出，同时关闭机械抱闸，料车l送料完毕。料车2重复如上过程（主令点改变）。三、系统通讯原理1、通讯输入变频器挂

4、现场总线，通过网络进行信息交换，对应PROFIBUS总线形式，配用CBP2接口板。PLC的PPO类型设为4，其数据传送特征为：变频器接收1个控制字，5个设定字；发送2个状态字，4个实际值设定字。由于频率是通过网络设定，故具有通讯速率高，精度高、稳定可靠，接线简单等优点。而在模拟量控制时，PLC输出端经过一个数模转换器，经过导线，进入输入端（变频器）又经过一个模数转换器才能参与控制。两个转换器位数不同和导线损耗都可能造成一定误差。而网络通讯传递直接是数字量不需要转换，没有误差，在传输过程中不会造成损耗，而且响应速度率也会很高。2、通讯设定西门子S7400作为主站，主卷

5、扬变频器做为从站。主要通讯信息有两种：（1）浮点数主要为设定速度，实际电流，实际转矩，实际频率等；（2）开关量主要是正/反转、开机指令及运行状态，和一些故障报警的指示等。变频器发送与接收的报文如图（4）、图（5）。四、系统的保护：1、在卷扬同轴安装一只挂在PROFBUSDP网上的绝对式编码器，上位PLC读取编码器的实时数据，通过计算设定为极限保护点，以防止主令控制器失灵时的最后保护，防止料车“冲顶”事故的发生。2、编码器另一个重要功能是测定料车的实时速度，通过主令控制器的配合，完成对料车的超速保护、低速检查，反向保护。2．1、超速保护：料车运行中，PLC根据编码器测

6、得的料车实际速度，全程监控料车不得超过最高速度，否则PLC输出急停关闭变频器、机械抱闸同时制动，并输出报警。2．2、反向保护：反向保护是当电机起动时起动力矩不能克服料车重力矩，形成重料车下滑。PLC根据编码器测得的料车实际速度方向，判断料车运行方向是否错误，从而起到保护作用。起动完后料车具有惯性，形成反向的可能性很小，但反向保护也是全程的。2．3、低速检查：当主令控制器的K2闭合时（图3），PLC根据编码器测得的料车实际速度，检查变频器是否已减速。若否，立即停止变频输出，抱闸制动。若是，继续运行。3、对于变频器自身故障由PLC通过PROFBUSDP网采集，当故障发生

7、时，立即关闭机械抱闸，以防止料车下滑。4、变频器X9端子7/9输出变频准备好接点信号，故障时断开输入接触器KM1，切断变频器电源。五、过程中遇到的问题1、变频器选型：考虑到冶金系统的设计特点，变频器选配160kW，电机选配110kW。由于冶炼强度增加每车料加重，电机运行电流过大，发热严重，后改为132KW电机，才满足生产要求。由于加/减速时有再生能量，故选配制动单元和制动电阻。2、在空载调试阶段：由于机械减速箱传动比偏小，调试初期高速时50HZ运行，料车速度太快，在做料车高速急停试验时，钢丝绳松驰致使料车出轨，故高速时改为45HZ。把第一次减速时主令控制点推后。