西门子6ES7212-1AB23-0XB8品质好货

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台儿庄水泥厂拥有九条机立窑和一条1 000 t/d预分解窑生产线，生产规模为110万t。该厂的1 000 t/d预分解窑生产线采用了具有90年代水平的全线微机集散式自控系统。该控制系统包括现场微机自动控制系统、车间级控制室、厂级控制室、全线电器联锁控制四部分。

1　全线微机监控系统总体结构

该系统系以现场微机控制系统为基础，以车间控制室为桥梁和现场指挥，以综息网络为指导的的集散控制系统。
现场微机控制系统是系统的基本环节，是根据生产工艺需要在生产的关键位置和环节上安排微机控制系统和信号采集系统，以确保产品产量和质量，为系统提供生产过程中原始的信息和数据，为生产的正常进行提供保。
车间控制室是一个工段的监测、指挥，通过它还可以将厂级调度的各种指令传达到厂里的各个角落。
控制室包括生产控制和信息管理网络，这是厂长和生产的眼睛和喉舌，通过它可以看到全厂的生产情况、管理信息，向各车间和各职能部门发出各种指令。
电器设备顺序及联锁控制，采用的日本三菱A系列PLC对全线所有电器设备进行动态控制、联锁和监测。
从工艺流程上我们将全线分为生料车间、煤粉制备、烧成车间、水泥制成四个车间级控制站。

2　车间级控制站构成

各车间级控制站均由现场微机检测控制系统、车间控制室组成。现场微机对具体的参数和对象进行检测和控制，控制室集该工段各重要参数于一体，便于集中监控。

2.1　生料车间控制站
系统由生料车间控制室和现场微机控制系统构成。后者包括生料配料及磨机监控系统、生料库料位监控系统、生料车间模拟量采集系统、生料车间开关量采集系统、生料车间工业闭路电视监视系统。
2.1.1　生料车间控制室
生料车间控制室监视该工段的全部生产过程，所有数据参数将记录在计算机内，并可制表打印、报警。控制室由配料及磨机监控计算机、料库料位监测计算机、信号监测计算机、模拟显示板和工业生产电视监视器组成。
(1)配料及磨机监控计算机实时反映现场生料配料、磨机负荷与烘干系统的运行状态，通过它实时修改现场设备的参数和控制目标值，并可对异常情况报警。
(2)料库料位监测计算机用于实时监测各料库料位，可设定各料库料位测量时间、报警上、下限。
(3)信号监测计算机用于实时监测现场各主要参数的变化，可设定上下限。
(4)模拟显示板实时显示现场工艺流程、电机的启、停状态。
(5)工业生产电视监视系统集中监视现场状态。
配料及磨机监控计算机、料库料位监测计算机、信号监测计算机和模拟显示板控制器均可向高一级控制站输送信息。
2.1.2　现场微机控制系统
(1)生料配料及磨机监控系统
系统用调速皮带秤、微机与多元素分析仪联机，将每次出磨生料分析直接传到计算机自动调整配方，以保证生料的质量，达到成份配实的目的。磨机负荷监测部分有轴温显示报警、磨音和细度反馈；磨音采用电耳检测，细度通过化验室反馈后输入计算机。烘干系统通过入磨、出磨气体温度，自动控制冷、热风阀门开度。
(2)生料库料位监控系统
主要对原料库和生料库料位进行监控，各料库设一台重锤式料位传感器和一台库料位开关，按工艺要求可设定每次测量的周期，当料布到库时料位开关关闭。
(3)生料车间模拟量采集系统
对主要电器设备运转情况进行监测。用于监测现场电机电流、电源电压等。可对各参数设上、下限报警。
(4)生料车间开关量采集系统
对主要电器设备的启、停状态进行监测，并将其送到控制室，用于流程显示。
(5)生料车间工业闭路电视监视系统
在各主要工作场所安装监视，以便在控制室能直接监视现场情况。
2.2　煤粉制备控制站
系统由煤粉制备控制室和现场微机控制系统构成，后者包括冷、热风风量测控系统、煤磨排风机循环风风量测控系统、料库料位监控系统、模拟量采集系统、开关量采集系统、工业闭路电视监视系统。
2.2.1　煤粉制备控制室
煤粉制备车间控制室监视该工段的全部生产过程，所有数据参数将记录在计算机内，并可制表打印、报警。控制室由煤粉制备综合监控计算机、料库料位监测计算机、信号监测计算机、模拟显示板和工业生产电视监视器组成。
2.2.2　现场微机控制系统
(1)冷、热风风量测控系统
该系统实时反映现场煤磨入口、出口温度变化，通过它实时控制冷、热风阀门的开度，并可对异常情况报警。
(2)煤磨排风机循环风量测控系统
该系统实时反映现场煤磨出口、入口负压变化，通过它实时控制排风机循环风阀的开度，，并可对异常情况报警。
(3)料库料位监控系统
该系统主要对煤磨磨头仓料位进行监控，系统构成与生料库料位监控系统相同。
(4)煤粉制备车间模拟量采集系统
该系统对主要电器设备运转情况进行监测，用于监测现场电机电流、电源电压等。可对各参数设上、下限报警。
(5)煤粉制备车间开关量采集系统
该系统对主要电器设备的启、停状态进行监测，并将其送到控制室中，用于流程显示。
(6)煤粉制备车间工业闭路电视监视系统
该系统在各主要工作场所安装监视，以便在控制室能直接监视现场情况。
2.3　烧成车间控制站
该站对回转窑生产过程实现微机集散控制。
2.3.1　现场微机控制系统
(1)回转窑综合测控系统
回转窑综合测控系统框图见图1。该综合测控系统由14部分组成：

①系统主机：对整个系统进行管理和控制，通过它可监视现场所有设备运行情况；可设定上、下限报警范围；可记录报警历史；可任意修改现场控制参数、控制指标，它是一套系统的控制计算机，负责将信息反馈到上一级工作站。
②窑尾收尘风机风量监控：检测窑头负压，控制收尘风机阀门开度。
③冷却机篦床速度监控：冷却机二室下压力，控制其篦床速度。
④冷却机风机风量测控：通过检测冷却机一、二室风机进口压力及废气温度，从而控制冷却机鼓风机的阀门开度。
⑤分解炉喂煤量控制：是通过V级旋风筒出口温度，从而调节分解炉喂煤量。
⑥电收尘机风压风量测控：通过检测增湿塔I号高温风机进、出口风压，而控制Ⅰ、Ⅱ号高温风机的阀门开度。
⑦旋风筒清堵控制系统：通过检测旋风筒灰斗负压变化值，进行堵塞吹通和报警。
⑧增湿塔喷水量控制系统：通过检测电收尘器入口温度，控制喷水量，以保进入电收尘器的废气温度及湿度。
⑨电收尘器冷风量控制：检测电收尘器入口温度，控制电收尘器入口冷风阀门开度。
⑩增湿塔压力控制：检测增湿塔入口压力，控制其出口阀门开度。
窑尾喂料监控：根据检测通过失重仓的实际喂料量，再与给定值比较，控制下料量。
窑头及窑尾喂煤计量控制：根据检测通过失重仓的实际喂料量，再与给定值比较，控制下煤量。
轮带间隙测控：计算机实时监测回转窑轮带间隙，保设备运转正常，并可对异常情况报警。
回转窑烧成带筒体温度测控：利用红外线扫描筒体表面温度，并可对异常情况报警。
(2)烧成车间料库料位系统用于烧成车间范围内料库监测。
(3)烧成车间模拟量采集系统将烧成车间主要设备、主要参数采集到控制室。
(4)烧成车间开关量采集系统将该工段主要电器设备的启、停状态，送到控制室，以反映目前现场的工艺流程。
(5)烧成车间闭路电视系统在该工段的主要工作现场安装探头，在中控室能直接监视现场状态。
2.3.2　烧成车间控制室
车间控制室可使管理人员通过电脑和其他手段直接了解到现场情况，监视现场状态，所有数据参数将记录在计算机内，并可制表打印、报警。该控制室框图见图2，由以下几部分组成：回转窑综合监控计算机、料库料位监测计算机、信号监测计算机；模拟显示板；工业生产电视监视系统。

(1)回转窑综合监控计算机将所的回转窑的多种参数集中于一台计算机上，通过它可方便地集中监控回转窑的总体运行情况。
(2)料库料位监测计算机将该工段所有料库料位信息集中于一台电脑之中。
(3)信号监测计算机将该工段回转窑上所有关键参数集中于一体，有上、下限报警功能。
(4)模拟显示板将现场电器设备的启停状态集中显示在模拟显示板上，以反映目前的工艺流程情况。
(5)工业生产电视监视系统用于监视现场主要工作场所状况。
2.4　水泥车间控制站
该系统与生料配料系统不同之处为该系统不用多元素分析仪，改用化验室输入SO3来调整配方，路数为4路，其它结构与生料磨生产监控系统相同，另烘干机热风风量测控系统也在此之内。
2.5　化验室管理系统
用于化验室数据、表格管理，可完成配方计算，化验室表格管理，化验室辅助计算和文件处理

3　全厂控制室

根据厂内实际情况将全厂控制室设置在烧成车间控制室中，通过一台生产控制信息工作站实时收集全厂生产信息，并送到厂级控制室的网络服务器中，另有一套生产调度电话与各个车间岗位相连，这样对全厂生产情况进行总监测，统一数据打印、生产管理。这是工业生产控制与管理信息为一体的综息网。

4　全厂电器联锁控制部分

为提高全厂自动化管理水平，对于全厂的主要电器设备启停、顺序动作，在工作异常时联锁控制关闭，须有严格的控制措施，据工艺流程确定控制点，规定设备的动作顺序，自动检测设备运行状态，比如进行设备检修时，相应设备进行自动锁定，当某一设备出现异常，自动关闭相应其它设备，避免出现事故等。我们考虑到的工艺流程，结合厂里管理方式，在生料车间、煤粉制备车间、烧成车间、水泥车间各控站设置控制器(PLC)来控制整个站的电器联锁。
同时在控制室设置一台电器联锁监控计算机，将各站PLC的信息传送到计算机，通过计算机对全厂所有电器设备监测和开、停、等待的控制。

5　结束语

台儿庄水泥厂1 000 t/d预分解窑生产线于1996年2月26日联动试车成功。从试产两年来的情况看，这套系统是比较的。由于分散控制，这就要求全线各控制站的操作员有比较高的素质，要求操作员及巡检工有较强烈的责任心，定期对全线的电动闸门和热、电、压力仪表进行调校，对计量部分进行实物标定，确保反馈信息的准确性。

1 概述：
随着我国经济的发展，制浆造纸业已经成为我国工业经济增长的重要支柱，早期的造纸生产产量较低，对电控没有太高要求，随着造纸规模的扩大，对造纸机的产量及速度要求越来越高，从而对纸机配套电控系统的要求也越来越高。早期的调速以直流调速为主，但维护工作量较大，70年代后，随着电力电子控制技术的飞速发展，使得交流调速系统的调速性能可以与直流调速系统的调速性能相。
本文采用ABB公司ACS800型变频器和西门子S7-400 PLC组成一套目前我国国产造纸机中车速较高的纸机传动控制系统。通过可编程逻辑控制器（PLC）和变频器之间的通信，控制传动点的启动、停止、增速、减速、紧纸等操作，由软件自动实现负荷分配、速度链等功能，充分满足造纸工艺及电控的需要。
2纸机传动对电气控制系统的要求
该机结构简图如图1示。纸机为4400/650 m/min高强瓦楞纸机。

纸机由长网部、真空吸移+四辊二压区复合压榨部、干燥部、压光部、卷取部组成。共16个传动点，总功率3240KW，为了能生产出质量标准较高的产品，纸机对电气传动系统提出如下的要求：
（1） 纸机工作速度要有较大的调节范围，为了使造纸机具有较强的产品、原料的适应性（如打浆度、浆料配比与种类、定量、纸种等），纸机传动可在较大的范围内均匀的调节速度；
（2） 车速要有较高的稳定裕度，总车速提升、下降要平稳。为了稳定纸页的定量和和质量、减少纸幅断头，要求纸机稳速精度为±0.01%；
（3） 速差控制，速比可调、稳定。纸幅在网部和压榨部时，其纵向伸长横向收缩，而在烘干部时，两向都收缩，因此纸机各分部的线速度稍有差异，即速差。速差在一定范围内变化不引起纸页质量的突变。此时的速差对成纸来说，主要影响纸页的克重。误差应控制在0.1%以内保持纸张不被拉断。纸机各分部的速比的大波动值与浆料配比、定量、车速、生产工艺、纸页收缩率及分部之间的纸幅无承托引段的张力等因素有关。因此，造纸机各相邻分部间应有适当的速差来形成良好的纸页。
（4） 各分部点具有速度微升、微降功能，引纸操作时的紧纸、松纸功能。具有刚性联结或软联结的传动分部，如网部、压榨部、施胶部，能进行负荷动态调节。防止某点的速度发生变化而引起负荷在分部内动态转移，如不及时进行自动的调节（因为现在使用的变频器基本上都不具备长期四象限运行能力），有的传动点负载可能过它自身的功率范围引起过流发生，有的传动点被拖动而引起过高的泵升电压，导致变频器过压而保护跳闸，甚至损坏变频器和损坏毛布。同时在这些分部中，应具有单动、联动功能，并可以同时起动、停止。必要的显示功能，如线速度、电流或转矩、运行信号、故障信号等；
（5） 爬行速度。 为了检修和清洗聚酯网、压榨毛毯、干网以及各分部的运行工况，各分部应有15～50m/min可调的爬行速度，但不宜在此速度下长时间运行；
（6） 纸机为恒转矩负载性质，要选择具有恒转矩控制性能的变频器，并具有较高的分辨率，良好的通讯能力，并采用PLC作为控制单元，实现对整个控制系统的、协调的控制，以满足纸机控制系通正常工作的需要。
3 控制系统硬件设计
系统原理图如图2所示 。文中一个传动点为例进行说明，为构成传动点闭环控制及PROFIBUS总线网络通讯控制系统，需安装ABB的反馈卡及DP总线通讯卡，图中NTAC与NPBA。该纸机传动

系统采用由S7-400 PLC作为系统的控制；由功能较强大的ABB公司ACS800变频器为驱动单元，频率分辨率为0.01Hz以上；变频电机作为执行单元；欧姆龙编码器提供速度反馈信号，使纸机传动在速度闭环运行模式下，从而使控制系统稳速精度达到0.01%。由PLC通过西门子PROFIBUS协议、
PROFIBUS网络与变频器实现速度链功能、速差控制、负荷分配功能、总车速升、降、各分部点的速度升、降及紧纸、松纸等功能，较理想地满足纸机正常工作的需求。
4 控制系统软件设计
控制系统的软件设计基于以下原则：1 程序模块化结构化设计，其中负荷分配、速度增减、初始化、紧纸、速比计算、校验、数据发送、接收等作为子程序调用;2 程序采用循环扫描的方式对传动点进行处理，简化程序，提高程序执行效率;3 采用中断子程序进行数据的发送、接收;确保数据的准确快速的传输;4 必要的软件保护措施，以免造成重大机械损害。
因此该程序通用性强，可移植性好，使用不同的变频器，只须进行相应协议的格式的定义。即数据发送、接收、校验程序的相应修改即可，满足纸机运行的需要。主程序流程图如图3所示
4.1 速度链设计及速差控制
速度链结构采用二叉树数据结构算法，完成数据传递功能。对各传动点位置进行数学抽象，确定速度链中各传动点编号，此编号应与变频器内部地址一致。然后根据二叉树数据结构，确定各结点的上下、左或右编号。即任一传动点由3个数据（“父子兄”或“父子弟”）确定其在速度链中的位置，填入位置寄存器数值。

该传动点速度给变频器后，访问位置寄存器，确定子寄存器结点号，若不为0，则对该经点进行相应处理，直到该链处理完；再查兄弟寄存器结点号，处理另一支链。所以只须对位置寄存器初始化，即可构成具有任意分支结构的速度链。
算法设计采用了调节变比的控制方法。如图5示，纸机二压点作为速度链中的主节点，它的速度就是整个纸机的工作车速。在 PLC内，我们通过通信到车速调节信号则改变车速单元值，同时送给驱网、吸移、真压、一压分部，其速度值乘以相应的速比，即是该传动点的速度运行值。若某一分部速度不满足运行要求，说明该分部变比不合适，可通过操作该分部的加速、减速按钮实现，PLC检测到按钮信号后调整了变比，使其适应传动点间的速差控制要求。相当于在PLC内部有一个的齿轮变速箱，可以任意无级调速。
若正常生产中变比合适，需要紧纸、松纸操作时，按下该分部紧纸、松纸按钮，PLC将对应在速度链上附加一正或负的偏移量则实现紧纸、松纸功能。同时送下一级计算，依此类推，构成速度链及速差控制系统。级车速调整，后面跟随调整，后级调整不影响前级,适应纸机操作引纸的顺序要求。速度链的传递关系由图5来体现，由PLC软件实现。

4.2 负荷分配原理与设计
在多电机传动过程中要求各传动点电机负载率相同，即δ=Pi/Pie相同（Pi为i电机所承担负载功率，Pie为电机额定功率）。而且在负荷分配调节过程中不能影响其它各分部的速度。所以我们采用速度链主链与子链相结合的设计方法。

负荷分配控制中我们选取一台电机作为本组主电机，连接在速度链上，其它电机作为子电机，形成子链控制结构。以三点负荷分配为例如图6所示，编号为0和4是需要负荷分配的前级和后级，负荷分配以1为主，2、3作为1的从机，处于速度链的子链上。P1e、P2e、P3e为三台电机额定功率，Pe为额定总负载功率，Pe= P1e+P2e+P3e 。P为实际总负载功率，P1、P2、P3为电机实际负载功率，则P=P1+P2+P3。系统工作要求 P1=P*P1e/Pe ，P2=P*P2e/Pe，P3=P*P3e/Pe。负荷分配的目的就是使P1、P2、P3满足上述要求。
在实际控制当中，电机功率是一间接量。实际控制近似以电机定子电流代替电机功率。
其中： ILi I台电机出力电流；
Iei I台电机额定电流；
IL 负载总电流；
负荷分配就是依据电机电流，利用上述原理对控制的各台电机进行调节，使电机电流百分比一样，即各电机转矩电流和额定电流比值应相等。这样完成负荷分配的自动控制。本文负荷分配分三部分(如图五虚线范围内部分)。1）驱网辊与伏辊; 2）吸移辊、真空压榨辊与一压辊与二压辊; 3）施胶上辊与施胶下辊。负荷分配的软件实现，基于合理的速度链结构,如图5所示。采用主链与子链相结合的结构，使具有负荷分配的传动点组在子链结构上，进行负荷动态调整时不影响其它传动点的状态。
在纸机传动系统中，因为在械相联系的传动点由于所处位置不同，毛布的包角大小不一样，承受的载荷在不同的工作状态下不一样，是一个变量。在实际控制当中，由于电机功率是一间接量,实际控制电机定子电流或转矩代替电机功率，进行读取计算、调节。在一组负荷分配传动点中选取包角较大且功率较大的传动点作为主点，其余各点利用PLC通过总线读取电机电流或转矩，分别与主点电流或转矩进行比较，并以PID调节算法，相应调节从点变频器的输出，使其电流或转矩百分比与主点一致，而达到负荷分配的自动分配的目的。
为了保护机械装置和避免PLC调节过于频繁，在软件中设置上下限幅值。如果负荷不平衡度大于3%，PLC才进行调整。如负荷分配不平衡度调整量设置太小，容易造成震荡。如果大于不平衡上限幅值，进行停机处理，以防止机械损害发生。
5 结 语
造纸机传动系统各个传动点既要保持一定的速度一致性，又要有一定的速差。同时具械相联系的传动点又要有负荷平衡即负荷分配功能。ABB变频器具有直接转矩控制功能，具有很高的性和和完善的功能实现，通过丰富的参数组态和附加控制工艺板与PLC通过PROFIBUS协议通讯、协调工作可满足中、高速造纸机对传动系统要求大速比变化、高稳态精度等控制性能的需要。该纸机在山东银河纸业集团运行已过一年，控制系统稳定，纸机运行，稳速精度和动态响应性能都达到了用户较满意的效果。

      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转炉倾动装置采用交流变频传动系统并成功。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 大：135t
大倾动力矩：300T.m
转炉折算到电动机轴上的大转动惯量：675kg.m2
机械齿轮速比：523
额定转矩：1700N.m
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,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)如果电动机大驱动力矩大于1800Nm10秒以上则报警,此时表示电动机负荷工作,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。
转炉冶炼工艺过程转动角度及速度控制范围要求见表1

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。

表2：交、直流电动机传动控制方案的技术性能比较表
序 号 项 目 直流电动机控制方案 交流电动机控制方案
1 电动机功率 110kW 132kW
2 短时过力矩能力 280%~300% 200%~220%
3 转速颠覆的可能性 不可能 有可能
4 电动机的价格 高 低
5 电动机的可维护性 较差 好
6 传动控制系统结构 复杂 较复杂
7 调速性能 好 好
8 力矩预置（针对转炉） 容易 困难
9 综合评价（针对转炉） 适合采用 可以采用

2） 交、直流电动机机械特性比较。

直流电动机机械特性N-M曲线 交流电动机机械特性N-M曲线
图1: 交、直流电动机机械特性N-M曲线
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
Ø 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
Ø 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。
Ø 电动机型式：变频，带强迫冷却风机
2) 变频传动装置
Ø 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。
Ø 变频传动装置应具有电动机励磁预置特殊功能
Ø 变频传动装置应具有足够大的过载能力，满足Ivfmax≥2Ide,1min。
Ø 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、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
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
Ø 电动机额定转矩：1700Nm
Ø 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)
Ø 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
表3：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。
以1#变频器为主为例。

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结束语
济钢120t转炉倾动装置交流变频传动系统,自2003年3月投入运行至今，系统稳定，其控制功能满足了转炉倾动工艺需求。这一技术的成功应用，标志着整个转炉系统传动实现了全交流化。在该级别转炉系统中，该技术的应用在国内甚至上尚属例，是交流传动应用的重大突破。为今后该级别及以上转炉倾动装置的设计及应用，积累了宝贵的经验，具有较强的推广应用。