烧结主抽风机自动控制系统的设计与应用.pdf

2 0 1 1年8月 第 1 9卷第 4期 河南冶金 HEN AN ME T A L L URG Y Aug ． 201 1 V 0 1 ． 1 9 No ． 4 烧 结主抽风机 自动控制 系统的设计与应用 马永明 李雪芹 陈 旋邵 国利 安 阳钢铁 股份有 限公司 摘要介绍了安钢烧结机主抽风机同步电动机 自动控制 系统 的设计 和应 用情况 。根据各 项技术参数 表明所采用 的掖阻起动方 式、 K G L F～2 C型励磁装置和采用 P L C自动控制系统性能稳定 ， 运行 可靠 ， 具有 广泛 的应用前景和推 广价值。 关键词烧结主抽风机起动平稳励磁控制I f i x 3 ． 5 Q U A N T U M P L C DES I GN AND AP P LI CAT I oN OF AUToM ATI C CoNTRoL S YS T EM FoR SI NTERD G M AI N EXHAUST FAN Ma Yo ng mi n g Li Xue qi n Che n Xu a n Sh a o Gu o l i A n y a n g I r o n a n d S t e e l S t o c k C o ． ， L t d ABS T RACT D e s i g n a n d a p p l i c a t i o n o f a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m o f s y n c h r o n o u s mo t o r f o r s i n t e r i n g ma i n e x h a u s t f a n i n An y an g S t e e l w e r e i n t r o d u c e d ． T e c h n i c a l p a r a me t e r s s h o w e d t h a t fl u i d r e s i s t a n c e s t a r t i n g mo d e ， KGL F一2 C t y p e e x c i t a t i o n d e v i c e an d P L C a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m we r e s t a b l e a n d r e l i a b l e ，w h i c h h a d b r o a d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s a n d p r o mo t i o n a l v alH e ． KE Y WOR D S s i n t e r i n g m a i n e x h a u s t f a n s t a b l e i n i t i a t i o n e x c i t a t i o n c o n t ro l I fi x 3 ． 5 Q U A N T U M P L C 0前 言 近年来 ， 根据安钢 “ 三步走” 总体规划的要求 ， 为满足两座 2 0 0 0 i n 级铁炼高炉的需求 ， 配套建设 3 6 0 m 和 4 0 0 i n 烧结机工程。安钢两 台烧结机主 抽风机 系统各 由两 台风量 为 1 g 0 0 0 1 1 1 ／ r a i n风 机 4 o 0 m 烧结机为 2 0 0 0 0 n l 3 ／ m i n风机 、 两台功率为 6 5 0 0 k W 同步电动机 4 0 0 I T I 烧结机 为7 4 0 0 k W 拖 动 ， 主抽风机是烧结生产最为重要的设备之一 ， 对主 抽风机进行可靠精确的自动化控制， 显得尤其重要。 1 安钢主抽风机运行现状及设计思想 安钢 9 0 ／ 1 0 5 1 1 1 2 烧结机主抽风机的同步 电动机 就是采用 串电抗 自耦起 动、 手动调整励磁参数 的方 式， 起动过程需两次短接 ， 参数在出厂时就已固定 ， 只 能靠抽头粗调 ， 无法根据现场电动机及负载的工艺情 况作精细的调整 ， 很难达到理想的起动效果 ， 电压跳 跃， 无法达到平滑启动， 在起动过程 中多次因发热而 烧毁电抗器， 起动的容量范围也受到限制； 在起动投 励和运行过程中， 各种控制和保护不能 自动实现。 在 总结 以往 风 机控 制 经 验基 础上 ， 主抽 风机 系 统设计全面考虑各控制环节的复杂联系， 广泛采用 当前先进的 自动化控制技术和程序设计思想 ， 本设 计包括电源主回路及起动装置、 励磁装置、 仪表 自动 贝 0 控和上位微机监测控制等五部分 ， 选用稳定可靠 的元器件装置 ， 解决了主抽风机起动、 励磁控制及运 行控制过程中存在 的技术难题 。励磁参数、 液态软 起动的起动时间和起动电流可根据工况进行调整 ， 可连续多次起动， 操作方便 ， 自动化 程度高 ， 运行可 靠 ， 对电网无谐波干扰 ， 维护简单。 2 系统的设计及应用 2 ． 1 电源主回路及 其起 动装置 主抽起动装置从技术性、 经济性、 可靠性及烧结 厂多年来生产实践经验等各个方面综合论证 ， 设计 采用当前国内技术含量较高的水电阻软起动技术作 为我公司 3 6 0 I n 和 4 0 0 I n 烧结机主抽风机同步电 动机 的起动方 案 。 同步电动机定子主回路采用 MM P R型高压微 机保护， 设计整定速断 、 过流、 接地、 失压欠压及差动 等保护。合分闸控制回路中设计了液阻备妥、 励磁 故障、 油压、 温度等综合运行状态参数联锁起动及故 障停车 ， 淘汰传统的继电保护 ， 全面可靠实现主抽风 机这一较为复杂控制系统的综合保护。 1 同步电动机软起动装置工作原理如 图 1所 示。在同步电动机电气一次主 回路即定子回路 串接 一 特制可控液态电阻， 当起动装置 P L C及控制系统 联系人 马永明 ， 工程师 ， 河南． 安阳 4 5 5 0 0 4 ， 安 阳钢铁股有限公司烧结厂； 收稿 日期 2 0 I 1 3 一 l 1 2 0 1 1 年 第 4期 河 南 冶 金 得到电机起动信号后 ， P L C首先控制将液态 电阻接 入 ， 随着电机的起动， 液态电阻动静极板之间的距离 按预定设置 自动改变 ， 阻值呈无级平滑减小、 电机端 电压均匀提高， 从而降低 电机的起动电流 ， 减少电网 的电压降， 减小对电网的冲击 ， 达到电机软起动的 目 的； 随着液阻极板下降到最低点 ， 电动机达到额定转 速 ， 星点 柜短 接 ， 将 液 阻切 除 ， 通 过 P L C控 制 投入 励 磁电流 ， 起动过程完成。 图 1 系统组成 图 2 液态软起动装置构成 。除去高压 电源配 电 r ]转 速达 9 0 ％ l 异步启动 一 1．．．．．．．． ．．．．． ． ．．．．．．．．．．．．．．．．， 柜 ， 液态软起动装置共四面柜体 ， 其 中星点切换柜一 面 ， 液阻柜三面。星点切换柜内断路器采用 Ⅵl 2型 真空断路器。液阻柜选用 G S D Q系列液阻起动器 ， 型号为 G S D Q一9 0 0 0 ， 适用于小 于或等于 9 0 0 0 k W 的高压交流电动机 ， 有功率余量。液阻柜由 P L C 、 变 频器 1 ． 5 k W 等组成控制 。 起动电流小 ， 为额定电流 的 3～ 3 ． 5倍 ， 起动时 间为 6 0 S以内 ， 起动电网压降约 1 0 0 0 V， 为网压 的 1 0 ％ ， 起动过程平 滑， 对 电网及机械传动系统无 冲 击 ， 最大限度地减小电网压降 ， 满足同步电机起动技 术要求 ， 起动成功率 1 0 0 ％。 2 ． 2励磁 装 置 1 烧结 主抽 风机 同步电动机工艺上采用异步 起动 、 同步运行 的方式。在同步电机异步起动期 间， 要求励磁装置能精确、 可靠检测 到同步 电动机 的转 速 ， 实现不同阶段投全压 、 投励磁 ， 使 电动机快速 、 平 稳 、 可靠牵人同步⋯。系统工作如图2所示 。 ] 转速 达 9 5 ％r] 正常 参数 投全压 一 l 投励 一 } 牵入同步 l I ． ． ．。．．．．．．．．．．．．r _ 圈 2系 统 工 作 原 理 圈 2 励磁主回路 。在传统控制的基础上 ， 同步 电 使 同步电动机投励后能迅速、 平滑、 可靠地拖人同步。 动机励磁装置主回路设计为三相全控桥可控硅整流 2 ． 3 仪表 自动测控 系统 供电 ， 向同步电动机转子绕组 提供直流励磁 电流。 为确保主抽风机安全可靠运行 ， 主抽风机及 同 主回路完成整流和灭磁两大功能， 灭磁回路 由可控 步 电动机运行过程必须有准确可靠的检测手段 ， 同 硅与二极管反并联组成 ， 相 当于一个大功率 电子开 时检测参数 的准确性和可靠性也是调节系统稳定运 关 ， 完成同步电动机在异步起动过程中串人起动 电 行 的前提 。主抽风机系统设计 有压力、 温 度、 流 阻 ， 起动结束后 自动切除， 保证 同步电动机在异步起 量 、 测震 、 油温油压上 下限检测等参与报警、 联锁保 动期 间， 转子励磁绕组既不开路也不短路 ， 从而避免 护 。充分利用烧结机 P L C控制系统资源 ， 将检测信 励磁绕组承受过电压和过 电流心 ] 。 号接人 P L C编程 ， 若起动及运行参数 出现异常 ， P L C 3 励磁控制系统组成。同步 电动机励磁 装置 处理后作用于报警或停车。 的控制核心选用 K G L F一2 C微机励磁控制器 、 s 7 1 仪表检测 范围。传感器及过程检测 元件采 2 0 0 P L C 、 P r o f a c e G P 3 7 W2一B G 4 1 2 4 V触摸屏等 用热电阻或热电偶进行 温度测量 ， 采用温度开关用 组成 。采用数字控制技术 ， 运行电气参数 由人机界 于温度高限报警 ； 选用压力或差压变送器进行风量 、 面触摸屏设定调节 ， 微机励磁控制器智 能完成的转 油压的测量 ， 采用压力控制器并设现场压力指示表 差率检测、 灭磁控制 、 运行显示 、 实时投励 、 故障 自诊 用于低压极限报警 ； 采用电磁流量计测量液体流量 ， 断等功能。淘汰落后的模拟 电路控制 ， 达到 了恒励 采用流量开关用于流量不足或断流报警。 磁电压、 电流和功率因数控制方式。 2 仪表 自动检测及控制参数 见表 1 。在实际 4 励磁控 制过程。当励磁 柜 中的检测设备 检 控制及应用中， 结合工艺参数 ， 对现场的温度 、 振动、 测到电机的转速达到 电机额定转速的 9 0 ％时 ， 发 出 油压、 油温等检测参数进行设定和修改 ， 通过实践运 投全压信号 ， 液态电阻 自动切除 ， 同步电机定子绕组 行检验 ， 该仪表控制系统满足各项控制要求。 星点短接 ， 电机继续 升速； 当达 到 电机亚 同步 转速 表1 仪表控制参数 时 ， 励磁柜投励 ， 异步起动完成 ， 拉入 同步运行 。 在起动过程 中采用了强励整步控制。在投励开 始时， 励磁 电压可强励 1 ． 1～1 ． 4倍 ， 时 间为 1 S～ 5 0 S ， 强励倍数和时间根据需要 由触摸屏任 意设定 ， 2 ． 4 上位微机监测控制系统 下转第 4 3页 2 0 1 1年第 4期 河 南 冶 金 4 3 将此方 法进行软件 编程 ， 纳人 E R P数据采集 系统 中。 5 结语 1 通过对安钢异 钢种 连浇时物料消耗计算 方 法的优化 ， 不仅可以加强公司炼钢基础数据的管理 ， 从而提高基础数据的准确性和及时性 ， 进一步提高 安钢成本管理水平 ， 同时 ， 还为同行业处理相同问题 提供了借鉴经验。 2 修正过的炼钢物料消耗数据 ， 能够真实反映 生产实际消耗情况 ， 从而确保 了产 品成本核算 的准 确 、 及 时 ， 进 而大 大提 高 了管理用 数据 的质 量 。 3 异钢种连浇时物料 消耗计算优化方法 ， 同样 可以用来修正合金料、 散装料等炼钢物料消耗。 6参考 文献 1 ] 韩鹏宇． 企业信 息化对财务人 员的影响 ， 冶金财会 ， 2 0 0 8 9 ； 414 2． [ 2 ] 路银北 ， 王冰 ， 张爱 芳 ， 付革红． ME S与 E R P在 安钢信息 化中 的系统集成． 河南 冶金 ， 2 0 1 0， 1 8 5 4 7 5 0 ． 上接 第 3 3页 1 P L C及 微机控制 系统组成。硬 件部分采用 施耐德 Q u a n t u m P L C和触摸显示屏组成 ， 通过网线 ， 将主抽同步电机 电源主回路 、 液阻起动 、 励磁控制 、 稀油润滑、 仪表监控的电气仪表参数传送到热 电阻 模块 1 4 0 AR 1 0 3 0 1 0 、 模拟量输入 模块 1 4 0 A C 1 0 3 0 0 0 采人 Q U A N T U M P L C 1 4 0 C P U 5 3 4 1 4 A 进行处理 ， 采用 C O N C E P T编程 软件设计程序 ， 通过程序运 行处理 ， 自动实现系统的运行参数采集测量显示 、 起 动运行的过程检测保护等功能。 2 过程操作显示功能 。上位监控 系统通过 以 太网采集 C P U数据 ， 利用画面显示底层设备工作状 况 ， 供操作员浏览。 监控 系统设置在 中央控制室 ， 监控 画面 由组态 软件 I F I X设计完成。上位监控系统通讯方式选为 人机接 口与 P L C之间连接应用工业 以态网 T C P ／ I P 通讯协议 ， 采用 R I O 远程 I ／ 0 技术 ， 通过光纤环 网 把风机运行的参数设定值和对电气设备的操作从人 机接 口传送到 P L C ， 保证数据传输的可靠性 ， 风机 运行状态 、 电气参数及故障由 P L C收集送到人机接 口的 C R T显示 ， 从而实现主控室集 中监视、 操作和 管理 。 3应用效 果 1 通过程序设 计 ， 采用起 动超时保护 ， 实现 了 励磁装置与液态软起动装置的配合。超过正常起动 时间的上限值不投励 ， 励磁系统 自动跳 闸停机。系 统具有智能识别开车联锁是否正常， 否就发停车信 号 ， 触摸屏上可查出掉磁故障记录。 与安钢 1 9 9 8年和 2 0 0 0年建成的 9 0 ／ 1 0 5 m 烧 结 主抽 系统采 用 串 电抗 自耦 起 动方 式 相 比较 ， 设 计 合理 ， 实际运行效果 良好 ， 事故停车较 9 0 ／ 1 0 5 m 烧 结 系统少 。 2 励磁装置 在实际应用 中， 达到 了操作 直观、 控制可靠等技术要求。励磁装置根据风机负荷变化 可实现恒流 或恒磁调 节 ， 恒流励 磁调 节偏 差 4 ％ ； 另外励磁柜还具有恒磁调节方式 ， 保证 电网的 功率 因数超前恒定 ， 从而提高 了电网供 电的有功功 率 ， 恒磁调节可使电网无功功率因数稳定在超前 0 ． 8 8～ 0 ． 9之间， 达到节能降耗的 良好效果 。 在同步 电动机运行过程中， 励磁装置具有失步 保护功能。同步电动机一旦失步 ， 励磁绕组中的直 流电流必然叠加着较大的交流分量 ， 交流分量的峰 值达到额定励磁电流的 5 0 ％并持续一定时间 ， 系统 确认失步 ， 同步电动机联锁停机。 3 主抽 风机 自动控制系统应用 了进线 电源空 开跳闸、 电源掉相、 快熔熔断、 欠磁、 失步、 过流、 起动 超时等保护。这些故障主要 由辅机监控检测 ， 一旦 确认故障发生 ， 辅机立 即通知主控计算机 ， 主机接收 此信号后迅速作 出相应的故 障处理 ， 发 出故障显示 和声响信号 ， 接通高压油断路器分闸回路 ， 同步电动 机紧急停车， 在烧结 中央控制室可以实现烧结机 主 抽风机系统远距离全面动态监控。 4结语 烧结机主抽风机控制系统设计及应用 ， 现已成 功应用到 3 6 0 m 和 4 0 0 m 烧结机 主抽 风机控制 中 ， 系统设计合理 ， 实际运行效果 良好 ， 事故停车少。 保证了烧结矿稳产高产的持续稳定 ， 提高烧结机作 业率 ， 增加烧结矿。全面的实时 自动监控保护 ， 避免 了多起大的设备事故 ， 避免备件的消耗 ， 大大减少了 设备维护量 ， 直接节约备件费和电费， 系统年总效益 3 0 0万 以上 。 5 参考文献 [ 1 ] 顾绳谷． 电机拖 动基 础． 北京 机械 工业 出版 社 ， 1 9 9 2 1 0 2 1 l 2． [ 2 ] 黄俊． 半导体变流技术 ． 北京 机械工 业出版社 ， 1 9 8 9 1 2 2 8 ． [ 3 ] 陈伯 时自动 控 制 系统． 北 京 中央 广播 电视 大学 出版 社 ， 2 0 0 4 3 0 4 5 ． [ 4 ] 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