变频器在高炉卷扬上的应用（1

1 引言随着我国现代化进程的不断加快，在各个领域的发展过程中对钢铁需求的数量与质量与日俱增。我国的钢铁生产工艺正向数字化的高新技术方向发展。作为整个钢铁生产中的重要环节，高炉炼铁工艺中高新技术的应用尤为重要。其技术指标如何，对整个钢铁工艺流程有着直接和显著的影响。其中又以高炉上料主卷扬系统为整个高炉的核心设备，负责原料的输送。对卷扬系统采用高新技术进行合理控制与优化便成为现代钢铁工艺中的一个重要课题。卷扬提升机是用来把炉料运送到高炉炉顶给高炉加料或矿山斜井运送矿料的重要设备，我国的中小高炉基本上都是采用料车卷扬机作为标准上料设备。满足下列要求：有足够的运送能力，即上料速度能满足高炉生产的要求；运行可靠，耐用，保证高炉连续生产；能够实现上料自动化；结构简单，维护方便。由于高炉一旦投产就要一直运行下去，它不像有些工业设备白天工作晚上可以停止工作，所以高炉的原料要不断的运上去。所以它的重要性不言而喻，一定要保证极低的故障率和快速修复故障的能力。本课题研究的内容就是直接来源于淮阴钢铁厂的十五技改工程之一。1.1  卷扬继电器控制系统的特点及存在的问题卷扬提升机的工作特点是：启动速度慢，转矩大，加速平滑，停车平稳、准确。目前，国内炼铁高炉主卷扬控制方式还普遍采用传统的LK系列机械触点工作模式，在实际使用过程中存在着许多先天性的缺限和不足，如故障率高、精确度差、调整费时、不适应自动化生产需要等等弊端。随着计算机技术、自动化控制技术迅猛发展，越来越多现代化的先进控制手段和方法被应用到生产实践当中,但主令控制器的改进一直滞后，数字主令的诞生使这一现状得到了根本性的改变。数字主令主要靠PLC来实现。 传统的调速方法是：采用绕线转子异步电动机，通过集电环和碳刷在转子回路中串入若干段电阻，由接触器控制接入电阻的多少来控制转速。但存在以下缺点：(1)串联电阻调速，其调速变化呈跳跃状，使得减速机齿轮、天轮、中轮、料车与斜桥导轨之间，在加减速运行阶段均受到冲击力的作用，设备易损坏，钢丝绳易疲劳，导致维修量大，检修费用增加。(2)串联电阻调速范围小，使得料车速度呈突变，减速后停车时仍有较高转速，对制动器和限位开关的调整精度要求高，且容易发生越位及掉道事故而影响生产。(3)串联电阻调速，使得料车起动及减速时，大部分电能消耗在电阻器上；当电动机在电压下降时，力矩下降，转差率增大，严重时，料车无法启动，易于产生事故。  (4)能耗高，低速机械特性软。因为转速的降低是通过转子外接电阻消耗能量来实现。1.2  PLC在卷扬控制中的应用特点1.2.1可靠性高为了满足工业生产对控制设备安全性和可靠性的要求，PLC采用了微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成。PLC选用的电子器件一般是工业级的，有的甚至是军用级的，平均无故障时间很长。例如，西门子S7系列PLC平均无故障时间可以达到30万小时（约34年）。可以毫不夸张地说，到目前为止，没有任何一种工业控制设备可以有PLC这样高的可靠性。随着器件水平的提高，PLC的可靠性还在继续提高，尤其是近来开发出的多机冗余系统和表决系统更进一步提高了PLC的可靠性。PLC完善的自诊断功能，保证了PLC控制系统工作的安全性。由于PLC是用存储在其内部的程序来实现控制的，其控制程序设计本身就从各个方面考虑了PLC工作的可靠性、安全性和稳定性，这又进一步提高了可编程序控制器的可靠性。1.2.2环境适应性强PLC具有良好的环境适应性，可应用于十分恶劣的工业现场。在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作；具有很强的抗空间电磁干扰能力，可以抗峰值1000V，脉宽10µs的矩形波空间电磁干扰；具有良好的抗振能力和抗冲击能力。一般对环境温度要求不高，在环境温度为-20℃～65℃，相对湿度为35%～85%的情况下可正常工作。1.2.3灵活通用在完成一个控制任务时，PLC具有很高的灵活性。首先，PLC产品已经系列化，在机型上有很大的选择余地；其次，同一机型的PLC的硬件构成具有很大的灵活性，用户可以根据不同任务的要求，选择不同类型的输入和输出模块或特殊功能模块组成不同硬件结构的控制装置；最后，PLC是利用应用程序实现控制的，在应用程序编制上有较大的灵活性。在实现不同的控制任务时，PLC具有良好的通用性，相同硬件构成的PLC用不同的软件可以完或不同的控制任务。在被控对象的控制逻辑需要改变时，利用PLC可以很方便地实现新的控制要求，这在一般继电器控制中是很难做到的。1.2.4使用方便、维护简单PLC控制的输入模块、输出模块和特殊功能模块都具有即插即用功能，连接十分容易。对于逻辑信号，输入和输出采用开关方式，不需要进行电平转换和驱动放大；对于模拟信号，输入和输出采用传感器、仪表和驱动设备的标准信号。各个输入和输出模块与外部设备的连接十分简单。PLC应用程序的编制和调试非常方便。PLC的基本编程语言有3种，其中梯形图语言与继电器控制线路图相似，即使没有计算机基础的人也很容易掌握。PLC具有监控功能，利用编程器或监视器可以对PLC的运行状态和内部数据进行监视或修改。PLC控制系统的维护非常简单，利用PLC的诊断功能和监控功能，可以迅速查找到故障点，对大多数故障都可以及时予以排除。当然，PLC由于其工作方式是扫描方式，因此，扫描周期的长短决定了PLC的工作速度。一般来说，PLC的速度与单片机等计算机相比相对比较低，其计算能力一般都比微机要差。PLC的这些缺点随着科学技术的发展正在逐渐地被克服。1.3卷扬变频调速控制的特点变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。我们知道，交流电动机的转速表达式为：                                                             (1)式中 ———异步电动机的转速； ———异步电动机的频率； ———电动机转差率； ———电动机极对数。由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。变频器调速通过调频来调节输出转速，在设备的运行时可以根据生产需要随时调节输出转速，调速范围比较广，而且可以达到无级调速非常方便，但需配置变频器，成本较高。卷扬上料系统的主要过程是：各种原料经过槽下料后放入中间料斗，料车到料坑后，中间料斗把料放入料车，中间料斗闸门关到位并且炉顶准备好后，料车启动，经过加速－匀速（高速）－减速1－减速2，到达炉顶。如图1-1所示。

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