摘 要：本文詳細介紹了采用一種新型的全數字交流變頻矢量控制系統(tǒng)實現武鋼煉鐵廠高爐探尺自動控制系統(tǒng)的思路和方法，給出了系統(tǒng)的硬件設計和參數波形。使用結果表明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，可以很準確地測量料面。 1、概述 　　 　　 武鋼煉鐵廠高爐探尺改造前是采用直流電機驅動其機械設備，由于直流電機維護困難且備品、備件匱乏。改造方案需要將直流電機改型為交流變頻電機。對應于電機的改型，探尺系統(tǒng)原有的直流控制方案相應地需要改造為交流變頻控制方案。依據當前變頻技術的發(fā)展和交流變頻器的應用以及比較了各大公司變頻器產品后，我們選用Siemens公司的Simovert Masterdrivers 矢量控制的電壓源型變頻器6SE70系列來設計控制方案。高爐探尺設計依據與選型原則如下： 　　 　　 1）探尺系統(tǒng)原采用直流電機傳動。電機型號為Z-68 功率： 3.7KW 220V 20A 勵磁電流0.6A，轉速1000轉/分。 　　 　　 2）探尺系統(tǒng)現在采用交流變頻電機傳動。電機功率：5.5kW 380V 750轉/分，機座號160M，中心高160mm，電機長<900mm（考慮了軸伸110mm＋碼盤尺寸）。 　　 　　 3）提尺與放尺的速度參數：減速機速比31.5, 卷筒直徑318mm。正常運行時, 提尺速度<26米/分, 放尺速度<15米/分。 　　 　　 4） 次改造選用變頻器為6SE7021-8EB61,400V/7.5KW。由于探尺是位能性負載，其下放的動能不能通過變頻器回饋給交流電源，需要外加制動電阻和制動單元消耗能量。同時為滿足較高的轉速精度和良好的動態(tài)品質，以及調速范圍寬廣和低轉速時保持一定精度的提升力矩，需要1臺增量編碼器，其每轉具有1024個脈沖以構成速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。 　　 2、高爐探尺工藝流程 　　 　　 高爐探尺是用來檢測高爐內礦石與焦碳等物料的料面，供冶煉操作人員以視覺觀測爐內物料下放的情況，同時控制礦石與焦碳等物料向爐內的排放。當探尺檢測爐內的物料下放到設定的料面時，探尺自動提升到頂部，礦石與焦碳等物料依據工藝設定值向高爐爐內排放。物料排放完畢，探尺自頂部按設定的速度開始自動下放，下放到爐內物料的料面后，探尺被物料支撐，探尺速度減至為零，隨后跟隨物料下放，直到再次檢測到爐內的物料下放到設定的料面時，探尺自動提升。如此循環(huán)往復，使探尺穩(wěn)定在一個料面高度。 　　 　　 目前冶煉系統(tǒng)一般情況是：小于2500M3的高爐用2個探尺來探測爐內的物料，大于3000M3的高爐用3個或4個探尺來探測爐內的物料。本次改造的是1613M3的高爐探尺。 　　 　　 3 6SE70系列變頻器功能和DriveMonitor調試軟件簡介 　　 　　 3.1變頻調速裝置6SE70的主要功能 　　 　　 ＊ 6SE70系列變頻器是具有多種可供選擇接線方式的設備：有將整流部分與逆變部分裝于一體的變頻器、用于變頻器的制動電阻和制動單元、單獨的整流單元、整流回饋單元和單獨的逆變器。 　　 　　 ＊ 制動運行的方式：對于不經常制動的設備可以選擇變頻器＋制動單元＋制動電阻的方式；對于經常制動的設備采用整流回饋單元向公共直流母線供電，再由直流母線向多臺逆變器供電，對于不同時制動的逆變器可以在直流母線上交換能量，當制動功率大時從回饋單元向電網回饋能量；還可以將多臺變頻器的直流母線直接連接，形成公共直流母線，再接入制動單元與制動電阻，當制動功率大時由制動電阻消耗能量。 　　 　　 ＊ 6SE70系列變頻器具有多種控制方式：可以設定為VVVF控制、開環(huán)矢量控制、閉環(huán)矢量控制中的一種。閉環(huán)矢量控制的性能最好，但必須接入測速裝置；當變頻器或逆變器給多臺電機并聯供電時，只能采用VVVF方式。 　　 　　 ＊ 6SE70系列變頻器的所有設備均有故障自診斷功能。6SE70裝置本身提供了多種可靠有效的故障保護措施。同時也提供了簡單實用的故障查詢手段，裝置可以記錄同時發(fā)生的多個故障（最多達8個），并可以保存最近8次所發(fā)生過的故障代碼。 　　 　　 裝置的參數可以通過多種方式進行存?。? 　　 　　 ＊ 簡易操作面板PMU或舒適型操作面板OPIS 　　 ＊ 使用 PROFIBUS-DP協議的通訊板CBP 　　 ＊ DriverMonitor調試軟件。 　　 　　 裝置可以同時記錄最多10個變量（即K連接量）的變化過程，并提供了靈活的記錄觸發(fā)方式。利用DriverMonitor軟件可以方便地觀察所記錄變量的波形。 　　 　　 3．2 DriverMonitor調試軟件 　　 　　 6SE70系列變頻器可用軟件DriverMonitor進行參數設定。該軟件提供下列參數功能： 　　 　　 ＊ 菜單索引的參數存取 　　 ＊ 參數組讀及寫 　　 ＊ 將現有的參數組復制到同系列的其它裝置上 　　 ＊ 打印參數組 　　 ＊ 過控制字進行操作（開關量命令、如開/關命令）及施加給定值 　　 ＊ 通過狀態(tài)字進行觀察（整流器工作狀態(tài)反饋信號）及讀出實際植 　　 ＊ 讀出故障信號和報警信號 　　 ＊ 讀出跟蹤緩沖器中的內容（SIMOVERT的示波器功能） 　　 　　 DriverMonitor軟件操作示意圖見圖1： 　　 4、高爐探尺矢量變頻控制原理 　　 　　 變頻器應工作在矢量控制方式下以便于力矩控制，要求在變頻電機軸端安裝增量碼盤作為速度檢測元件。減速機軸端接多圈絕對值碼盤，信號經通訊總線進PLC，由PLC讀出探尺的高度，作為檢測值及探尺的操作信號。變頻器接受PLC的信號： PLC給變頻器提尺信號、放尺信號；變頻器給PLC準備好信號及故障信號。變頻器與PLC間的這些開關量信號由點對點方式連接。 　　 　　 當要求探尺下放時，由PLC送出放尺信號，由變頻器系統(tǒng)實現自動放尺并保持下放速度不超過限制值，在探尺降落到料面時保持電機仍有一定提尺力矩，使探尺保持直立姿勢。探尺下放的動能由制動電阻和制動單元消耗掉。 　　 　　 當要求探尺提升時，由PLC送出提尺信號，由變頻器系統(tǒng)實現自動提尺并保持提升速度不超過限制值。當PLC檢測到探尺在頂部時，由變頻器系統(tǒng)實現自動停車并投入抱閘。其控制原理簡圖見圖2： 　　 　　 電流波形見圖3： 　　 5、結束語 　　 　　 高爐探尺采用一種新型的全數字交流變頻矢量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以很方便地實現高爐探尺的提升與下降。系統(tǒng)滿足工藝要求，運行穩(wěn)定可靠，在武鋼煉鐵廠已投入使用，得到了用戶的好評。