1 引言
马钢第一炼铁厂9号高炉原容积为300m3，其上料卷扬拖动系统采用交流绕线式电机转子串电阻调速。由于受电控设备配套的限制，设备故障率较高，维修量也大，制约着设备的正常运行，本次大修扩容为350m3，上料主卷扬电机采用200kw的变频电机，通过变频装置进行调速，并要求变频装置能和plc进行通讯。从而实现电机软启动及无级调速运行，可以避免料车在炉顶发生掉道事故。系统的自诊断和保护功能完善可靠，该系统投入运行效果很好。
2 料车对卷扬拖动系统的要求
料车机械传动系统如图l所示。在图l中，料车在斜桥上的运动分为起动、加速、稳定运行、减速、倾翻和制动六个阶段，在整个过程中包括两次加速和两次减速。料车速度与加速度变化如图2所示。
图1 料车机械传动系统示意图
在图2中，t1时间内:料车起动，重料车开始上行，同时空料车自炉顶极限位置下行。此时钢绳自工作卷筒退出的加速度不应超过料车的加速度，以免产生钢绳松弛现象。一般a1取0.2～0.4m/s2。t2时间内:重料车上行并继续加速到最大速度，一般a2取0.4～0.8m/s2。t3时间内:料车以最大速度v稳定运行。t4时间内:重料车进入卸料曲轨段之前 (第一次)的减速时间，a4=-0.4～-0.8m/s2。t5为重料车在卸料曲轨段等速行走时间，vp=lm/s左右。t6为重料车第二次减速到停车的时间，一般a6=-0.4～-0.8m/s2。
图2 料车速度图与加速度图
3 料车卷扬的负载机械特性及电机运转状态分析
在料车运行过程中，两个料车交替上料，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重，平衡了重料车的车箱自重，电机运转时，总有一个重料车上行，没有空行程。从而，使得电动机总是处于电动状态运行，料车卷扬机负载是典型的摩擦性负载。
负载机械特性如图3所示。
图3 负载机械特性
该料车卷扬机的技术参数为:料车载重量最大7.5t，额定5t，料车自重2t，卷筒直径1200mm，减速机的传动比为29.77:1，行程78m。
料车在料坑段起动时，负载最大, 斜桥底段倾斜角α1以65°算，斜桥顶段倾斜角α2以50°计算, 当右小车满载从斜桥底部提升时，钢绳拉力为6.8t。这时左小车空载从斜桥顶部下放，钢绳拉力为1.53t。卷简静力矩为3.16tf.m。折算到卷扬电动机轴上的负载转矩为106.15kgf.m。
当右小车带载上升时，电动机的电磁转矩要克服负载阻力矩才能提升，起动时还要克服一定的静摩擦力矩。电动机的电磁转矩的方向与旋转方向相同，故电动机处于电动状态，工作于第一象限。
当左小车带载上升时，电动机的电磁转矩仍要克服同样的负载转矩，电动机的电磁转矩的方向与旋转的方向相同，只不过电机的方向反了，所以电动机处于反向电动状态，工作于第三象限。
4 变频调速系统的设计
以交流变频器取代原有的串电阻调速、以及继电器接触器控制系统，实现高炉上料过程的自动控制。
高炉上料系统属于位能性负载，为了保证系统可靠运行，需要解决两个问题: 变频启动转矩补偿; 启动和停车时抱闸投入。
4.1 变频启动转矩补偿
料车最大载重量为7.5t，变频器在低频时，由于输出电压低，额定转矩不能达到要求，即投入启动转矩补偿，要求变频器在短时间内，可以达到额定转矩150％的转矩输出。当有速度时，启动转矩补偿退出。对于卷扬电机为200kw，l0极电机，根据现场经验，选用施耐德公司的250kw变频器。
4.2 启动和停车时抱闸投入
当料车将要到达炉顶时，需要停止以等待阀门的开启和关闭的动作过程。料车上行过程，得到了行程开关的到达信号，料车减速，当变频器的输出频率达到15hz时，抱闸闭合，输出频率迅速回零，制动单元和制动电阻投入运行，降低泵升电压，以避免过压现象。当料车再次启动至炉顶终点，一方面投入启动转矩补偿，另一方面当变频器的输出频率达到8hz，抱闸才能释放。
4.3 与plc通讯
施耐德公司的变频器可以插通讯模板。分别为vw3a58302，采用modbus plus通讯协议。变频器通过其自身的通讯板与plc进行通讯，完成启动、停止、急停、急起等功能，同时变频器自身又具有过压、过流、短路等保护功能。
5 结束语
本系统自投入运行以来，没有发生过料车掉道、钢丝绳松弛等现象，其设计方法对其它类似重载启动，卷扬系统同样适用，具有一定的推广价值。
