氧槍變頻器抱閘控制的探討范文

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《電氣傳動(dòng)雜志》2015年第十一期

摘要：

針對(duì)轉(zhuǎn)爐氧槍的溜槍現(xiàn)象，從西門子Masterdrives變頻器的抱閘控制原理出發(fā)，結(jié)合氧槍的實(shí)際運(yùn)行工況，深入分析了氧槍在上升、下降過(guò)程中不同檔位運(yùn)行時(shí)的特性，在生產(chǎn)中通過(guò)DriveMonitor軟件錄制相關(guān)參數(shù)波形來(lái)加以驗(yàn)證。并且提出了改進(jìn)方法，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用論證了所提方法的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：

氧槍；變頻器；抱閘控制

轉(zhuǎn)爐氧槍是煉鋼生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中，氧槍根據(jù)鋼水溫度的變化頻繁地升降，定位需要快速、準(zhǔn)確、可靠。氧槍制動(dòng)器失控極有可能造成墜槍，從而釀成重大事故。某公司轉(zhuǎn)爐氧槍的抱閘采用西門子Master-Drives變頻器控制。本文針對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的一些問(wèn)題，結(jié)合Masterdrives變頻器抱閘控制的原理，對(duì)此進(jìn)行了更深一步的分析和探討。依據(jù)分析結(jié)果提出了改進(jìn)方法，并取得了較好效果。

1抱閘打開(kāi)控制

根據(jù)西門子《矢量控制使用大全》中的介紹，如果使用了抱閘控制，B277和B278必須被連接，即P561=278，逆變器釋放；P564=277，設(shè)定點(diǎn)釋放。參數(shù)P605選擇抱閘控制單元的功能參數(shù)：0無(wú)抱閘；1有抱閘不帶檢測(cè)信息；2有抱閘帶檢測(cè)信息。

1.1釋放設(shè)定值依據(jù)B277信號(hào)如果使用抱閘的同時(shí)P605≠0，且P564=277，則P610選擇抱閘打開(kāi)連接器只能設(shè)置成輸出電流基波頻率的均方根值K242，而不能設(shè)置為轉(zhuǎn)矩電流分量K184。因?yàn)樵谑噶靠刂品绞较拢O(shè)定值釋放前，電機(jī)繞組上只有勵(lì)磁電流，沒(méi)有轉(zhuǎn)矩電流。所以，此時(shí)選擇轉(zhuǎn)矩電流作為抱閘打開(kāi)的條件，轉(zhuǎn)矩電流一直為零，抱閘永遠(yuǎn)不會(huì)打開(kāi)。那么，當(dāng)P610=242時(shí)，P611抱閘打開(kāi)閥值應(yīng)該如何設(shè)定，可以依據(jù)電機(jī)勵(lì)磁建立過(guò)程波形來(lái)分析，如圖1所示。圖1中，1為Isd（act），電流磁通分量的實(shí)際值，2為Psi（act），由磁通模型計(jì)算的磁通實(shí)際值。通過(guò)圖1可以看出，實(shí)際的勵(lì)磁電流并不是線性上升，而是如圖1中波形1所示有一個(gè)超出額定值的最大值。所以，此時(shí)的開(kāi)閘電流設(shè)定值并不要求精確，因?yàn)殚_(kāi)閘電流只是抱閘打開(kāi)的條件之一，其必須與變頻器內(nèi)部的勵(lì)磁完成信號(hào)同時(shí)滿足抱閘才會(huì)打開(kāi)。在這種條件下，抱閘打開(kāi)時(shí)建立的僅僅是勵(lì)磁，沒(méi)有轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。轉(zhuǎn)矩是在P606抱閘打開(kāi)延時(shí)（P605=1）過(guò)后，設(shè)定值釋放，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的偏差進(jìn)行PI調(diào)節(jié)后產(chǎn)生的。

1.2釋放設(shè)定值固定使能如果使用抱閘的同時(shí)P605≠0，且P564=1，也就是設(shè)定值一直使能，則P610選擇抱閘打開(kāi)連接器可以設(shè)置成轉(zhuǎn)矩電流分量K184或輸出電流基波頻率的均方根值K242。因?yàn)樵O(shè)定值是一直使能的，在抱閘打開(kāi)之前就能夠建立勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流。所以，采用此種設(shè)置時(shí)，重載情況下抱閘打開(kāi)時(shí)的溜槍現(xiàn)象會(huì)大大減小甚至消除。提搶時(shí)和下槍時(shí)的速度轉(zhuǎn)矩波形，見(jiàn)圖2。從圖2a的測(cè)量結(jié)果可以看出，提槍工況下抱閘真正打開(kāi)時(shí)已經(jīng)建立了約120%的轉(zhuǎn)矩（波形1），遠(yuǎn)大于正常提槍時(shí)需要的80%轉(zhuǎn)矩（波形4），此提槍時(shí)不存在溜槍現(xiàn)象。圖2a中，1為Isq（act），電流轉(zhuǎn)矩分量的實(shí)際值；2為n/（fBand-Stop），通過(guò)帶阻濾波后的速度實(shí)際值；3為OpenBrake，打開(kāi)抱閘命令；4為正常工作時(shí)的轉(zhuǎn)矩。這種設(shè)置是不是重載位能負(fù)載抱閘控制的最好選擇，還要看具體工況而定。如高爐大料車、轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，工作在正向電動(dòng)（第1象限）狀態(tài)或反向電動(dòng)（第3象限）狀態(tài)，都是電機(jī)在做功，這種方式是適合的。但對(duì)于氧槍負(fù)載來(lái)說(shuō)分為2種情況：一是在提槍時(shí)，速度給定值為正，產(chǎn)生正向的轉(zhuǎn)矩電流，當(dāng)正向的轉(zhuǎn)矩電流達(dá)到閥值時(shí)，抱閘打開(kāi)，氧槍上升，不存在溜槍現(xiàn)象；二是在下槍時(shí)，速度給定值為負(fù)，產(chǎn)生負(fù)向的轉(zhuǎn)矩電流，當(dāng)負(fù)向的轉(zhuǎn)矩電流達(dá)到閥值時(shí)，抱閘打開(kāi)，松開(kāi)抱閘的瞬間不僅不能抑制溜槍，反而加速了溜槍。這是因?yàn)樘針寱r(shí)電機(jī)工作在第1象限（電機(jī)做功），在抱閘打開(kāi)后，電機(jī)克服重力做功；下槍時(shí)電機(jī)工作在第4象限（重力做功），在抱閘打開(kāi)的瞬間，電機(jī)不僅沒(méi)有制動(dòng)反而在幫助重力做功。當(dāng)然，下槍時(shí)電機(jī)協(xié)同重力做功的過(guò)程很短，速度調(diào)節(jié)器會(huì)快速調(diào)節(jié)回來(lái)，從氧槍的實(shí)際動(dòng)作來(lái)看也不是很明顯，但這種方式是不完善的。從圖2b可以看出，下槍初始抱閘真正打開(kāi)時(shí)的轉(zhuǎn)矩約為-100%（波形1），對(duì)應(yīng)的實(shí)際速度有一個(gè)大的過(guò)沖（波形2），然后再調(diào)節(jié)回來(lái)，并且過(guò)沖現(xiàn)象在電機(jī)軸側(cè)觀察非常明顯。實(shí)際情況與上述的理論分析完全吻合。圖2b中，1為Isq（act），電流轉(zhuǎn)矩分量實(shí)際值；2為n/（fBand-Stop），通過(guò)帶阻濾波后的速度實(shí)際值；3為OpenBrake，打開(kāi)抱閘命令。

2抱閘閉合控制

正常情況下，觸發(fā)Masterdrives變頻器合閘指令有2條途徑：1）變頻器處于非運(yùn)行狀態(tài)，直接發(fā)出合閘命令；2）變頻器檢測(cè)到OFF1，OFF2，OFF3停車信號(hào)或故障信號(hào)，且速度實(shí)際值低于P616設(shè)定的門檻值，經(jīng)過(guò)P617延時(shí)后發(fā)出合閘命令。原氧槍變頻器參數(shù)設(shè)置為：P609.01=B105OR（NOTB3103）P607=0.15抱閘閉合時(shí)間P615=148抱閘閉合連接量（速度實(shí)際值）P616=12抱閘閉合門檻值12%由于當(dāng)前的程序和變頻器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，變頻器同時(shí)接收到OFF1和B3103信號(hào)。操作手柄一到零位，抱閘立即關(guān)閉，速度實(shí)際值小于12%的這個(gè)條件根本沒(méi)有起作用。變頻器的電氣制動(dòng)完全沒(méi)有起作用，全部依靠抱閘機(jī)械制動(dòng)。在圖3中，氧槍操作手柄從第4檔（最高速）減至零位的過(guò)程中要經(jīng)過(guò)3，2，1檔，每減一檔速度降低17.5%，因此在抱閘閉合指令出現(xiàn)（手柄到零位）之前會(huì)有一個(gè)短時(shí)間的減速過(guò)程，這個(gè)過(guò)程的長(zhǎng)短與操作手柄歸零的速度有關(guān)。高速運(yùn)行和低速運(yùn)行時(shí)抱閘閉合波形如圖3所示。從圖3a可以看出，電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)抱閘就閉合了（波形3），隨著抱閘的不斷閘緊，轉(zhuǎn)矩電流不斷增加，直到限幅值150%（波形2）。在電機(jī)實(shí)際速度小于12%時(shí)再經(jīng)過(guò)P607的延時(shí)，逆變器封鎖。這樣的控制方式對(duì)電機(jī)和抱閘的沖擊很大，閘皮的磨損也很嚴(yán)重。圖3a中，1為CloseBrake，閉合抱閘命令；2為Isq（act），電流轉(zhuǎn)矩分量的實(shí)際值；3為n/（fBand-Stop），通過(guò)帶阻濾波后的速度實(shí)際值。從圖3b可以看出，在低速1檔運(yùn)行時(shí)，1檔速度為10%小于門檻值12%，當(dāng)運(yùn)行命令消失后抱閘閉合命令到來(lái)（波形1），經(jīng)過(guò)P607的延時(shí)（150ms）后，逆變器封鎖（波形2），轉(zhuǎn)矩輸出為零，完全依靠抱閘本身機(jī)械制動(dòng)，因此存在比較明顯的溜槍現(xiàn)象（波形3）。低速下槍時(shí)的溜槍現(xiàn)象在電機(jī)軸側(cè)也能明顯看到。圖3b中，1為CloseBrake，閉合抱閘命令；2為Isq（act），電流轉(zhuǎn)矩分量的實(shí)際值；3為n/（fBand-Stop），通過(guò)帶阻濾波后的速度實(shí)際值。

3氧槍變頻器抱閘控制設(shè)置

分析清楚以上氧槍升降的各種關(guān)系后，氧槍變頻器抱閘打開(kāi)控制的最佳設(shè)置方案依然是西門子的推薦設(shè)置，但需要注意速度環(huán)的比例系數(shù)在自動(dòng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上加大，積分時(shí)間減小（調(diào)整幅度較大），使速度環(huán)的特性更硬，響應(yīng)更快以減少溜槍。最好使用DriveMonitor軟件記錄波形，檢查實(shí)際響應(yīng)情況。抱閘閉合設(shè)置如下：P609.01=106故障P609.02=109OFF2P609.03=111OFF3故障，OFF2，OFF3到來(lái)時(shí)，不等待實(shí)際速度降低到門檻值，抱閘立即動(dòng)作。P616，P617，P800，P801等參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，遵循抱閘完全閘緊后變頻器才能輸出封鎖的原則。

4改進(jìn)方法及結(jié)論

從原理上講，氧槍變頻器抱閘控制只能減少溜槍而不能避免溜槍。但是通過(guò)以上的探究與分析得出，不管是提槍還是下槍，在發(fā)出抱閘打開(kāi)命令的同時(shí)給一個(gè)短時(shí)間的（可設(shè)置）、方向總是正向的、大小合適（可設(shè)置）的啟動(dòng)附加轉(zhuǎn)矩，先由這個(gè)附加轉(zhuǎn)矩平衡負(fù)載，然后再由速度調(diào)節(jié)器按照速度給定值來(lái)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)。對(duì)此方法進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，結(jié)果論證了它的正確性和可行性。啟動(dòng)附加轉(zhuǎn)矩示意圖如圖4所示。圖4中，1為抱閘打開(kāi)命令給出，附加轉(zhuǎn)矩使能；2為抱閘完全打開(kāi)期間，附加轉(zhuǎn)矩成線性增加到設(shè)定值；3為附加轉(zhuǎn)矩保持一段時(shí)間（可設(shè)置）；4為附加轉(zhuǎn)矩設(shè)定時(shí)間結(jié)束，附加轉(zhuǎn)矩按線性減小到0。啟動(dòng)附加轉(zhuǎn)矩功能可以利用變頻器的自由功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里不再進(jìn)一步討論。某公司的氧槍變頻器抱閘控制從宏觀上能夠滿足工藝要求，但通過(guò)深入分析還是發(fā)現(xiàn)了諸多不足，并通過(guò)理論分析和實(shí)際檢測(cè)得出了可行的改進(jìn)方法。通過(guò)這些改進(jìn)，達(dá)到了以下效果：1）避免下槍開(kāi)始時(shí)的過(guò)沖現(xiàn)象，氧槍運(yùn)行更平穩(wěn)；2）減少對(duì)電機(jī)和抱閘的沖擊，減輕對(duì)閘皮的磨損；3）避免氧槍低速下降時(shí)的溜槍現(xiàn)象，控制更精準(zhǔn)。雖然，Masterdrives系列變頻器已經(jīng)停產(chǎn)，但還是有大量的產(chǎn)品正使用于生產(chǎn)實(shí)際。同時(shí)利用附加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩解決重載位能類負(fù)載溜車問(wèn)題的原理依然適用于Sinamics系列變頻器，具有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

［1］西門子電氣傳動(dòng)有限公司（SEDL）.矢量控制使用大全［Z］.天津：西門子電氣傳動(dòng)有限公司（SEDL），2007.

［2］王廷才，王偉.變頻器原理及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［3］陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.第3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

［4］馬小亮.高性能變頻調(diào)速及其典型控制系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

［5］滿永奎，韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

作者：劉曉明 安偉 單位：陽(yáng)春新鋼鐵有限責(zé)任公司