轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)故障分析范文

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《四川冶金雜志》2015年第一期

1轉(zhuǎn)爐的規(guī)范操作管控不力

職工安全教育培訓(xùn)工作不到位；設(shè)備故障應(yīng)急管理不力；操作規(guī)程不健全；交接班時沒有嚴(yán)格按照工藝操作規(guī)程進(jìn)行試車、清理爐口，屬于違規(guī)作業(yè)行為，沒有得到及時糾正。為盡快恢復(fù)生產(chǎn)，達(dá)到安全煉鋼，我公司制定了相對應(yīng)措施：（1）傾動系統(tǒng)操作要求：操作前先確認(rèn)滿足以下條件，稀油站工作正常、活動煙罩升到位、爐前，爐后，中控操作手柄處于零位、選擇操作地點(diǎn)、無急停信號、氧槍處于等待點(diǎn)或以上槍位，氧槍絕對編碼器無故障。（2）傾動零位：－3°～3°之間。（3）高、低速度區(qū)分：爐前（倒渣、測溫）方向運(yùn)行，15°～60°、110°～－115°、－115°～－15°為高速區(qū)段，60°～110°、－15°～15°為低速區(qū)段；爐后（出鋼）方向運(yùn)行，－15°～－60°、－115°～110°、110°～15°為高速區(qū)段，－60°～－115°、15°～－15°為低速區(qū)段。（4）傾動運(yùn)行時，當(dāng)有任何一臺變頻器報故障時，傾動默認(rèn)收到停車命令，進(jìn)行減速停止。此時傾動轉(zhuǎn)爐需手柄回零位后，再次啟動有效。（5）任何兩臺變頻器報故障后，爐前（倒渣、測溫）方向運(yùn)行＞60°時不能繼續(xù)運(yùn)行，只能往上動作（抬爐）；爐后（出鋼）方向運(yùn)行＜－60°時，不能繼續(xù)運(yùn)行，只能往上動作（抬爐）。（6）日常操作中試“急停”動作時只能在慢速區(qū)操作，禁止高速區(qū)急停（失控情況除外）。

2轉(zhuǎn)爐傾動系統(tǒng)存在的缺陷及采取措施

2.1轉(zhuǎn)爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)硬件設(shè)計存在的問題（1）轉(zhuǎn)爐傾動PLC與傾動變頻器采用AB公司Devicenet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行主從分配、電機(jī)轉(zhuǎn)矩的上傳及下發(fā)等，Devicenet網(wǎng)絡(luò)通訊速率慢（最大512K），可靠性差。通訊滯后可能引起主從負(fù)荷分配不平衡。網(wǎng)絡(luò)故障如果PLC沒有檢出并關(guān)閉抱閘可能引起轉(zhuǎn)爐顛覆。措施：采用AB公司CNBR冗余網(wǎng)絡(luò)，通訊速率為2M，可靠且穩(wěn)定，當(dāng)一根網(wǎng)線故障，另一根熱備網(wǎng)線自動投入。（2）2＃轉(zhuǎn)爐傾動采用AB公司Power－flex700變頻器，根據(jù)實(shí)際的使用經(jīng)驗(yàn)推薦使用AB公司Powerflex700S變頻器，因?yàn)樵撔妥冾l器的調(diào)速精度，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度，可靠性均比Powerflex700要好。（3）關(guān)于傾動變頻器進(jìn)線接觸器的使用。目前該軟件設(shè)計在轉(zhuǎn)爐傾動緊停時分變頻器進(jìn)線接觸器，由于操作工頻繁拍”緊急停止”，造成進(jìn)線接觸器頻繁分合，當(dāng)一分鐘內(nèi)進(jìn)線接觸器分合超過2次時可能會損壞變頻器；現(xiàn)場實(shí)際情況也反饋傾動變頻器使用壽命短，容易損壞。措施：轉(zhuǎn)爐緊停時不再使用進(jìn)線接觸器，用變頻器的安全停車功能”enable”即可，為確保轉(zhuǎn)爐操作安全可靠，這需要修改原有變頻柜內(nèi)控制回路。

2.2轉(zhuǎn)爐傾動電氣傳動控制系統(tǒng)軟件設(shè)計存在的問題（1）現(xiàn)有軟件設(shè)計變頻器使用Ramp停車模式。該停車模式程序設(shè)計復(fù)雜且可靠性不高，可能引起轉(zhuǎn)爐傾動停止時爐體抖動，如果程序設(shè)計邏輯性不強(qiáng)會引起轉(zhuǎn)爐顛覆。措施：采用Coast停車模式，停車平穩(wěn)，而且操作簡單可靠。（2）零速懸停停車功能。現(xiàn)有軟件設(shè)計停車時，變頻器關(guān)斷。措施：采用的辦法是轉(zhuǎn)爐傾動停車時，抱閘關(guān)閉，電機(jī)零速滿轉(zhuǎn)矩輸出使轉(zhuǎn)爐懸停且抱閘不受力；采用該模式時轉(zhuǎn)爐傾動起動響應(yīng)快，停車平穩(wěn)、安全可靠。（3）原有程序無傾動PLC與變頻器De－vicenet通訊故障監(jiān)測及保護(hù)功能。當(dāng)主變頻器與PLC通訊故障時，PLC沒有監(jiān)測并關(guān)閉抱閘及停止變頻器，會引發(fā)轉(zhuǎn)爐顛覆。措施：使用CNBR網(wǎng)絡(luò)，且增加通訊監(jiān)測及保護(hù)功能，需修改應(yīng)用軟件。（4）原有程序無傾動PLC與中央PLC通訊監(jiān)測及保護(hù)功能。當(dāng)通訊中斷時，轉(zhuǎn)爐可能無法啟動，或停止不住，或低速區(qū)域不減速。措施：修改程序增加通訊監(jiān)測及保護(hù)功能，當(dāng)與中央PLC通訊故障時，停止傾動。（5）原有程序主電機(jī)沒有Ready時，不關(guān)閉抱閘主電機(jī)Ready優(yōu)于主電機(jī)故障時，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐顛覆。措施：修改程序，主電機(jī)沒有Ready時必須關(guān)閉抱閘。（6）原有程序設(shè)計存在傾動運(yùn)行時切換主從的可能傾動運(yùn)行時切換主從可能導(dǎo)致傾動失控、顛覆。措施：在傾動變頻器停止時切換主從，需修改軟件。（7）原有程序設(shè)計中轉(zhuǎn)爐急停可能引起變頻器掉電故障時自動復(fù)位。措施：從安全出發(fā)，，人工手動復(fù)位。（8）原有程序設(shè)計以任一電機(jī)電流作為開抱閘判斷條件時其邏輯性不強(qiáng)，可能引起傾動失控、顛覆。措施：采用主電機(jī)速度給定及轉(zhuǎn)矩反饋?zhàn)鳛殚_抱閘判斷條件。（9）原有程序設(shè)計在傾動啟動期間，從電機(jī)轉(zhuǎn)矩給定做了Ramp功能，但僅為300ms。該設(shè)計不合理，可能引起啟動轉(zhuǎn)矩不足等情況。措施：取消該功能。（10）原有程序設(shè)計無傾動位置編碼器Devicenet通訊監(jiān)測及保護(hù)功能，會導(dǎo)致當(dāng)位置編碼器通訊故障或位置編碼器故障時傾動低速區(qū)域不減速的現(xiàn)象。措施：修改程序增加上述保護(hù)功能。（11）原有程序設(shè)計“緊急停止”通過網(wǎng)絡(luò)接收自中央PLC，不直接，不嚴(yán)謹(jǐn)。措施：緊急停止直接進(jìn)傾動PLC，且使用變頻器安全停車功能”enable”。（12）原有程序設(shè)計所有從電機(jī)在啟動后軟化為0．7倍主電機(jī)轉(zhuǎn)矩。這樣可能引起主電機(jī)電流大且波動等現(xiàn)象，傾動轉(zhuǎn)矩不夠，現(xiàn)場反映主電機(jī)減速機(jī)經(jīng)常撕裂就是該原因引起的。措施：優(yōu)化變頻器參數(shù)后可取消該功能。（13）原有程序設(shè)計傾動高低速區(qū)間不合理，高速角度偏大，不嚴(yán)謹(jǐn)，操作工操作不謹(jǐn)慎時，爐子速度快，引發(fā)鋼水濺出現(xiàn)象。措施：設(shè)計合理嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膬A動高低速區(qū)域，從程序上限定且杜絕人為誤操作和不規(guī)范操作。（14）原有程序設(shè)計速度給定采用模擬量，無最小限幅保護(hù)。可能出現(xiàn)速度＜5HZ以下速度傾動，在極低頻下可能出現(xiàn)變頻器調(diào)速不穩(wěn)定，傾動失控，顛覆。措施：增加速度給定最小限幅，速度≥5HZ。

3改進(jìn)方案

3.1電氣傳動

3.1.1轉(zhuǎn)爐傾動電氣傳動改造方案采用4臺工程型矢量變頻器分別驅(qū)動4臺電機(jī)，1主3從，主電機(jī)速度控制，從電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制；采用制動電阻消耗回饋電能，采用速度編碼器反饋提高低頻調(diào)速性能及動態(tài)響應(yīng)性能。任意一臺電機(jī)均可為主電機(jī)，可從HMI上手動切換；當(dāng)電機(jī)或變頻器發(fā)生故障時，3臺電機(jī)可正常生產(chǎn)，2臺電機(jī)可緊急低速復(fù)歸。4臺變頻器通過Controlnet（CNBR）與傾動PLC聯(lián)接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，PLC讀取變頻器的控制字、狀態(tài)字、速度反饋、轉(zhuǎn)矩反饋等；然后PLC下發(fā)給變頻器的有主從設(shè)定、速度或轉(zhuǎn)矩等。

3.1.2轉(zhuǎn)爐傾動變頻柜改造內(nèi)容

電源柜2H01雙電源切換進(jìn)線柜2H01柜內(nèi)原有設(shè)備利舊，從原有雙電源切換裝置取如下干接點(diǎn)信號至傾動PLC盤2K01，增加DI信號如下：a開關(guān)合閘b開關(guān)分閘a電源欠電壓b電源過電壓.

傾動變頻柜2G01～2G04柜內(nèi)原有變頻器、進(jìn)線開關(guān)、電抗器等利舊。取消變頻器進(jìn)線接觸器；增加變頻器出線閘刀，增加出線閘刀，以便檢修電纜。修改變頻器DC24V控制回路。制動電阻箱內(nèi)熱敏電阻信號接至變頻器數(shù)字量輸入模塊，作為外部故障信號，當(dāng)制動電阻過熱時，停止變頻器。變頻柜內(nèi)增設(shè)一路AC220V雜用電源用于柜內(nèi)照明及冷卻風(fēng)扇。變頻器上的Devicenet網(wǎng)卡更換為Con－trolnet網(wǎng)卡20－comm－c。變頻器參數(shù)的優(yōu)化及調(diào)試。傾動變頻器原理圖如1。

傾動PLC柜2K01需對2K01內(nèi)傾動抱閘及冷卻風(fēng)機(jī)的電機(jī)啟動回路進(jìn)行改造。需對2K01內(nèi)AC220V控制回路及DC24V控制回路進(jìn)行改造。柜內(nèi)原有能利舊的設(shè)備均利舊，改造后的原理圖如圖2（a～h）

3.2基礎(chǔ)自動化

3.2.1PLC控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)爐傾動PLC控制系統(tǒng)改造方案在原有的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。4臺變頻器通過Controlnet（CNBR）與傾動PLC聯(lián)接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，PLC讀取變頻器的控制字、狀態(tài)字、速度反饋、轉(zhuǎn)矩反饋等；PLC下發(fā)給變頻器的有主從設(shè)定、速度或轉(zhuǎn)矩設(shè)定等。傾動PLC與主PLC單獨(dú)采用Control－net（CNBR）聯(lián)接，接口信息見表1。改進(jìn)后的PLC控制功能分擔(dān)見表2。PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖3。

轉(zhuǎn)爐傾動PLC控制系統(tǒng)改造內(nèi)容（1）傾動PLC盤2K01原傾動PLC盤2K01中PLC機(jī)架上的CNB卡換成CNBR卡，通過Controlnet與主PLC聯(lián)接。原傾動PLC盤2K01中PLC機(jī)架上的DNB卡換成CNBR卡，通過Controlnet與傾動及氧槍變頻器聯(lián)接，變頻器上的通訊模塊需更換為20－comm－c。2K01中改造引起的DI增量可接至原傾動PLC機(jī)架5號槽的備用數(shù)字量輸入模塊。增加1個OB32模塊，插入原傾動PLC機(jī)架7號備用槽，用于從2塊不同的OB32輸出2個DO點(diǎn)經(jīng)中繼隔離且串聯(lián)后控制傾動抱閘的開合（原傾動PLC機(jī)架上有1塊OB32）。原傾動PLC盤2K01中PLC機(jī)架上的其他設(shè)備利舊。（2）主PLC盤原主PLC機(jī)架上6號槽的IF16模塊替換為CNBR卡，通過Controlnet與傾動PLC聯(lián)接。主PLC盤中傾動緊急停止的DC24V繼電器控制回路需修改。（3）PLC應(yīng)用軟件對傾動PLC及主PLC應(yīng)用軟件的改造、調(diào)試。

3.2.2傾動操作臺原有3個傾動操作臺上的搖爐主令開關(guān)更換為施耐德品牌，型號為XKDF13440000，該型主令開關(guān)有檔位手感好、有自動回零、零位電氣和機(jī)械互鎖手柄等功能，可靠耐用。需對原傾動操作臺上搖爐主令開關(guān)左邊的2個指示燈進(jìn)行移位。

3.2.3HMI根據(jù)需要對原有HMI應(yīng)用軟件進(jìn)行改造、調(diào)試。HMI硬件及開發(fā)軟件均利舊。

3.2.4PLC軟件有以下控制功能①與主PLCControlnet通訊診斷及故障保護(hù)。②位置編碼器換算、故障診斷及保護(hù)；Devicenet網(wǎng)絡(luò)通訊診斷及故障保護(hù)。③與變頻器Controlnet通訊診斷及故障保護(hù)。④主從控制，傾動運(yùn)行時不能切換主從。⑤內(nèi)控及外控：內(nèi)控模式下，所有變頻器均為速度控制模式，用于單體調(diào)試。外控模式為正常工作模式，1主3從。轉(zhuǎn)爐傾動運(yùn)行時不能切換內(nèi)控及外控模式。⑥當(dāng)變頻器或電機(jī)發(fā)生故障時，3臺電機(jī)可正常生產(chǎn)，2臺電機(jī)可低速完成一爐鋼冶煉。⑦先進(jìn)合理的速度限幅區(qū)間設(shè)定，可有效防止誤操作；當(dāng)位置編碼器故障時，只能低速傾動，確保安全；⑧向出鋼方向傾動時，＋3．5°、－65°傾動自動停止，搖爐手柄回零位再往出鋼方向搖動，方可繼續(xù)傾動；向出渣方向傾動時，－3．5°、60°傾動自動停止，搖爐手柄回零位再往出渣方向搖動，方可繼續(xù)傾動；上述角度可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況調(diào)整。⑨對傾動抱閘打開及關(guān)閉異常的診斷及保護(hù)。⑩預(yù)勵磁及零速滿轉(zhuǎn)矩懸停：按下“傾動使能”按鈕，變頻器“零速”啟動，電機(jī)勵磁；搖爐手柄有操作，抱閘未開到位，傾動小速度給定，抱閘開到位后，按傾動手柄速度給定；90S內(nèi)搖爐手柄無操作，變頻器停止。傾動停止時，電機(jī)零速滿轉(zhuǎn)矩懸停，抱閘合，停止平穩(wěn)可靠。變頻器停車采用Coast模式。

4改進(jìn)效果

通過對轉(zhuǎn)爐傾動電氣傳動系統(tǒng)及自動化系統(tǒng)PLC控制程序的改進(jìn)后，我公司2＃轉(zhuǎn)爐的傾動控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性；特別是通過電氣傳動控制系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)來克服轉(zhuǎn)爐本體全正力矩特性喪失的方案，解決了轉(zhuǎn)爐自身存在的重大安全隱患，確保了安全煉鋼。同時本方案的實(shí)施為轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)的改進(jìn)提出了新的觀點(diǎn)和新的方法，也為公司1＃、3＃轉(zhuǎn)爐的傾動控制系統(tǒng)改進(jìn)起到技術(shù)引領(lǐng)的作用。

5結(jié)束語

通過對轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)實(shí)施以上改進(jìn)措施，我們對轉(zhuǎn)爐傾動控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行了跟蹤、分析和驗(yàn)證，其運(yùn)行系統(tǒng)穩(wěn)定、效果良好，既減少了設(shè)備的故障率，同時還解決了變頻器經(jīng)常燒壞的現(xiàn)象，為降低生產(chǎn)成本、提高轉(zhuǎn)爐的作業(yè)率奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

作者：任華金謝超尹文單位：四川德勝集團(tuán)釩鈦有限公司