1 概述
随着交流变频控制技术的不断发展，交流传动系统得到了广泛应用，并逐步取代直流传动系统。特别是在120t转炉倾动装置传动系统中，该级别转炉的倾动装置，国内外一直采用直流电动机传动控制系统。济钢120t转炉倾动装置首次采用交流变频传动系统并取得成功。为120t及以上级别转炉倾动传动交流化提供了宝贵经验。为提高炼钢自动化水平,降低生产维护成本奠定了基础。
2 转炉倾动工艺设备概况
2.1 工艺设备结构
济钢120t转炉炉壳为全焊接式固定炉底结构，转炉托圈为焊接箱形结构,其内通循环水冷却，转炉炉壳与托圈的连接,采用三点支承方式，此结构既能有效地在360º范围内支承炉壳又可适应炉壳的热膨胀。倾动装置采用全悬挂扭力杆平衡型式。由以下几部分组成:驱动电动机、一次减速机、二次减速机、扭力杆平衡装置和润滑装置等。扭力杆平衡装置是平衡转炉倾动时引起悬挂减速机(二次减速机)壳体旋转的旋转力矩平衡装置，通过扭力杆扭转来吸收扭矩并将扭矩转化为垂直的拉力和压力，通过扭力杆轴的固定轴承座和浮动轴承座传递到基础上,由于拉力和压力使扭力杆形成相反的扭矩,从而导致产生了吸收倾动力矩的效果。
转炉倾动采用全正力矩方式,即转炉倾动到任一角度时都保证是正力矩，确保转炉在360º回转过程中都是正力矩,事故断电时,转炉能够以自身重力自动返回垂直位置,从而排除翻炉泼钢事故的发生。转炉倾动驱动系统主要工艺设备参数:
转炉容量：125t 最大：135t
最大倾动力矩：300T.m
转炉折算到电动机轴上的最大转动惯量：675kg.m2
机械齿轮速比：523
额定转矩：1700N.m
最大力矩倍数：Mcr/Me = 2.9
倾动速度： 0.13—1.3 r/min
倾动角度： 0—360˚
加速时间：4S
变频电动机：4台 132KW YZP355S-8 AC380V 735r/min
电动机冷却方式：强迫风冷
倾动电动机附编码器： 1024P/R DC24V
倾动位置接近开关：4个
倾动装置制动器：YTD-2000/60
制动器电动机：4台0.55KW AC380V
转炉托圈耳轴端部编码器: 3600P/R DC24V
2.2工艺控制要求
120t转炉倾动机械设备采用4台交流变频电动机驱动，4台电动机采用4点啮合全悬挂形式，通过扭力杆装置进行力矩平衡。
转炉倾动控制系统的基本要求为:
(1)4台电动机同步启动、制动及同步运行,根据要求转炉可以在0.13～1.3r/min之间进行倾动速度调节,转炉可以做±360°旋转。转炉倾动时4台电动机负载应相同。
(2)当一台电动机发生故障,而转炉正处于吹炼状态,则剩余3台电动机降速运行维持该炉钢炼完,此时转炉速度控制在0.14～0.8r/min。
(3)当转炉正在出钢、出渣时,交流电源系统发生停电故障,此时利用UPS电源将4台制动器打开,转炉依靠自重复位, 转炉处于安全位置。
(4)当转炉出现塌炉等事故时,倾动机械的机电设备能短时过载,转炉以0.13r/min速度旋转,倾动转炉倒出炉内装盛物,然后进行事故处理。
(5)转炉为全正力矩设计,即在整个工作倾动角度内由0°～士180°方向倾动均为正力矩。
(6)电力系统应能记忆炼上一炉钢时,转炉转动0～180°的电动机参数,如电压、电流转矩等,本炉次转炉冶炼时,应将电动机当前参数与上一炉钢转炉转动时的电动机参数进行对比,如果误差超过10%则报警,操作工人应立即检查设备是否故障。
(7)为防止电动机突然启动对设备的冲击,转炉开始倾动时电动机转速应从零开始逐渐加速,从零到正常速度的加速时间是4S。
(8)由于制动器制动力矩较大,为了防止制动时对设备的冲击,转炉制动时应先通过能耗制动将电动机减速,当转炉倾动速度接近零时,制动器失电制动,制动时间为4S。
(9)在现场操作台和CRT上设置故障报警灯,显示转炉稀油润滑系统是否正常,稀油站的故障信号包括油位低、油压低及油温高,三种故障信号合成一个给油异常信号,当此信号灯亮时,操作工人应立即检查及排除稀油站故障。
(10)转炉在零位时如果电动机的驱动力矩大于700Nm,则报警,操作工人应及时检查制动器是否出现故障。
(11)如果电动机最大驱动力矩大于1800Nm10秒以上则报警,此时表示电动机超负荷工作,检查机械系统,有故障立即排除。
(12)转炉正常操作时,电动机驱动力矩不得大于2290Nm。
(13)转炉倾动时必需选择3台以上电动机工作才能操作,如果选择2台及以下时则报警
3 电气传动控制系统方案
3.1交、直流电动机传动控制方案的技术性能比较
120t转炉倾动装置驱动电动机，国内外以往一直采用直流电动机，随着交流变频控制技术的发展，交流传动系统得到了广泛应用，并逐步取代直流传动控制系统。在济钢120t转炉倾动系统设计阶段，我们对两种方案进行了详细的技术调查及性能比较。
1）交、直流电动机传动控制方案的技术性能比较
通过以上技术性能和电动机机械特性比较,采用交流电动机传动，电动机及变频装置的选择应注意以下两点：
1) 交流电动机
电动机功率应足够大，Pe-ac≥1.2Pe-dc
Pe-ac: 交流电动机额定功率
Pe-dc: 直流电动机额定功率
电动机过力矩能力应足够大,Mmax=0.75Mcr≥1.2Mjmax,
应选择Mcr=2.8~3.0Mn的电动机，以避开上图所示的转速颠覆区。
电动机型式：变频，带强迫冷却风机
2) 变频传动装置
应采用矢量变换型并具有低频力矩补偿功能的变频传动装置。
变频传动装置应具有电动机励磁预置特殊功能
变频传动装置应具有足够大的过载能力，满足Ivfmax≥2Ide,1min。
变频传动装置制动方式：为适应转炉工作区间内力矩波动大的状况，实现均匀加减速，克服机械设备的扭力振动，提高转炉停车的稳定性，理论上采用回馈制动方式较理想，但考虑到变频装置回馈制动单元长期频繁运行，易发生逆变颠覆，造成系统停机。因此，为保证系统可靠、稳定运行，采用传统的能耗制动方式。
3.2 交流电动机的力矩校验
济钢120t转炉倾动装置驱动电动机技术数据如下：
电动机型号：YZP355S-8
电动机功率：132Kw
额定转速：735 r/min
额定电压/电流：380V/270A
额定转矩：1700Nm
最大力矩倍数：Mcr/Me=3.0
冷却方式：强迫风冷
1) 力矩校验基本计算
电动机额定转矩：1700Nm
折算到电机轴上总负载力矩：
Miz=260＊103/551/0.92=5130(Nm)
单电机轴上负载力矩:
4台工作：Mi4=5130/4=1283(Nm)
3台工作：Mi4=5130/3=1710(Nm)
折算到电机轴上总加速力矩：
Mjz=657＊735/375/4=3220(Nm)
单电机轴上加速力矩:
4台工作：Mj4=3220/4=805(Nm)
3台工作：Mi4=3220/3=1073(Nm)
2) 校验计算结果
注：表中的计算是以电动机的额定力矩Me为基准。该型号电动机的正常过载能力（S3）为200%Me，60S; 非常过载能力为220%Me，15S。表中最大动态力矩系数1.1,是考虑到电动机负载的不平衡性而确定的。塌炉力矩系数2.5,是根据工艺给出的估算值。
3.3 电气传动控制系统方案
根据以上的分析计算及工艺控制要求, 济钢120t转炉倾动装置电气传动控制系统选用4套罗克韦尔公司的直接转矩控制变频装置（型号：1336E-BP300-L8E-GM6；功率：224kW）,倾动主回路采用4台电动机一对一的结构，即4套变频装置控制4台电动机，以便提高系统的可靠性和灵活性。
该系统带编码器速度反馈；通过设备网（DeviceNet）与PLC通讯；具有两倍的过载能力，1分钟的条件；采用能耗制动方式；具有低频力矩补偿功能，电动机励磁预置功能和力矩电流平衡等功能，控制电源采用UPS供电,能够满足倾动设备的力矩控制要求。
4 关键技术的应用
1) 根据转炉工作特点，4台电动机必须同步启动、制动及同步运行。如何实现这一要求，是该系统的关键。该方案中，4套变频器对应4台电动机, 正常情况下采用一主三从的控制方式,通过通讯方式调节一个速度环一个电流环来控制4台电动机同步启动、制动及同步运行。
通讯故障情况下，采用1#变频器为主的控制方式，通过模拟量信号调节一个速度环四个电流环来控制4台电动机同步启动、制动及同步运行。
2)如何实现电动机励磁预置，满足倾动设备满转矩启动要求
本方案通过设备网（DeviceNet）的通讯方式改变变频器参数值，满足主从选择和电动机励磁预置功能。通过主令发出预励磁指令，信号传到PLC中，再通过设备网（DeviceNet）的通讯方式向4台变频器发出‘电机预励磁’信号, 电机励磁迅速建立，实现零转速满转矩启动，满足了倾动设备满转矩启动要求。另外，通过CRT操作画面选择几号变频器为主，然后通过设备网（DeviceNet）向1台变频器发‘本机为主’信号。
3)如果1台电动机或变频器故障，允许3台电动机正常工作
通过切除故障电动机或变频器主回路电源，使故障电机完全处于被拖动的机械负载状态。因为控制回路采取了4台抱闸同时动作的控制方式，不会使电动机运行受阻。如果是主变频器或电机故障，需要重新选择另一台变频器为主。
4)施耐德Quantum PLC 与DeviceNet通讯问题
由于转炉自动化控制系统采用了施耐德Quantum PLC,而该传动控制系统为美国A-B公司变频装置，其通讯方式为DeviceNet网络协议。因此，解决两者之间通讯问题成为系统实现自动的关键。
本方案在施耐德Quantum PLC中采用DeviceNet Scanner模块140SAC-QDNET-010,配置A-B公司DeviceNet网络通讯组态软件9357-DNETL3,9355-WABENE,成功解决了Quantum PLC与A-B公司DeviceNet之间通讯。实现了转炉倾动系统网络自动控制。
5 结
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