實現(xiàn)干熄焦工程提升機變頻控制系統(tǒng)的設計

1.工藝概述

推焦裝置將熾熱的焦炭從焦爐炭化室中推出，落在焦罐臺車上面的焦罐中。裝滿紅焦的焦罐臺車由電機車牽引至干熄焦裝置前，并與牽引裝置的導軌對正，牽引裝置將焦罐從電機車軌道上移到提升機提升井的中心線上，由焦罐提升機將焦罐提升并送到干熄爐頂，通過爐頂裝入裝置將焦炭裝入干熄爐。在干熄爐中焦炭與惰性氣體進行熱交換，紅焦冷卻至200℃以下，經(jīng)排焦裝置卸至膠帶機上，送到篩焦系統(tǒng)。

提升機在整個過程中主要完成焦罐的提升、橫移、裝入動作，并且在焦炭裝入結束后將空焦罐送回焦罐臺車上。整個紅焦裝入過程的完成需要多個設備合作完成，包括APS定位裝置、牽引裝置、提升機、裝入裝置。其中，APS定位裝置完成焦罐臺車的精確定位功能;牽引裝置將焦罐臺車從電機車軌道牽引至提升井中心線上，或由提升井中心線送回電機車軌道;提升機完成焦罐的提升及橫移走行;裝入裝置是在提升機動作的過程中，打開或關閉干熄槽頂?shù)臓t蓋和裝焦漏斗，配合提升機完成裝焦動作。

2. 控制系統(tǒng)概述

本干熄焦工程提升機部分控制系統(tǒng)采用ABB公司的Freelance 2000集散控制系統(tǒng)，變頻裝置使用AB公司產(chǎn)品。提升機提升和走行電機變頻器選用AB公司PowerFlex S2系列變頻器，由于提升機提升電機要長時間工作在發(fā)電狀態(tài)，所以選擇使用具有回饋能力的整流回饋單元RGU對公共直流母線進行供電，逆變部分通過公共直流母線掛在整流回饋單元RGU，實現(xiàn)電動機回饋制動功能?？刂葡到y(tǒng)與變頻裝置之間通過Profibus總線進行通訊。變頻裝置的控制通過端子控制方式，通訊僅作為讀取變頻裝置狀態(tài)的途徑使用。提升機提升走行采用帶速度傳感器的矢量控制模式。對于提升機提升位置、走行位置的檢測通過絕對值編碼器完成。本系統(tǒng)位置編碼器使用倍加福絕對值編碼器，通過Profibus總線與控制系統(tǒng)連接。

3.變頻裝置

提升機提升、走行電機變頻控制裝置選用AB公司的PowerFlex S2系列逆變裝置，通過公共直流母線掛在整流回饋單元RGU，實現(xiàn)電動機回饋制動功能。控制系統(tǒng)與變頻裝置之間通過Profibus總線進行通訊。RGU為整流回饋單元，其主要功能有：通過控制能量流向，把進線側3相交流電源轉化為規(guī)定的直流母線電壓;通過控制變壓器把進線側3相交流電源轉化為交流115V控制電源。在RGU中功率元件采用IGBT。RGU可以工作在3種模式：電動狀態(tài)，控制IGBT導通調節(jié)電壓和電流，使電流由交流側流向直流母線側;再生狀態(tài)，控制IGBT導通調節(jié)電壓和電流，使電流由直流母線側流向交流側;二極管整流橋模式，RGU不調節(jié)電壓和電流，功率元件工作在二極管整流橋模式，電流從交流側流向直流母線側。PowerFlex 700 S2變頻裝置是AB公司推出的Power Flex “7-系列”產(chǎn)品之一?！?-系列”產(chǎn)品有如下特點：功率范圍廣，性能強大;靈活性使復雜的應用簡單化;高度集成，支持多種通訊協(xié)議的網(wǎng)絡結構;優(yōu)化的功率模塊結構設計減小高次協(xié)波，反射波及控制干擾;緊湊的設計節(jié)省安裝空間。并且本系列產(chǎn)品擁有力矩校驗功能，可以使變頻器在位能性負載的提升過程中與機械抱閘動作良好配合，防止出現(xiàn)溜車及電機堵轉電流過大的情況，對機械及電氣設備的使用壽命都有好處。當變頻器在提升設備應用力矩校驗功能時，變頻器收到運行命令后，變頻器首先快速建立磁通，輸出轉矩，在確認輸出轉矩存在的情況下，發(fā)出釋放抱閘信號，在停車的過程中，首先使變頻器進入其懸停狀態(tài)，也就是說在變頻器收到停車命令后，變頻器減速到零速并可以在機械抱閘不動作的條件下維持零速的功能，在變頻器進入懸停狀態(tài)后，變頻器輸出控制抱閘閉合，然后撤銷輸出轉矩。并且在力矩校驗功能啟用的條件下，變頻器自動啟用下列功能：溜鉤保護、速度偏離保護（失速保護）、輸出缺相保護和編碼器丟失保護。使用力矩校驗功能可以較為簡單的實現(xiàn)變頻器帶電機作為提升設備的應用。

本次100t干熄焦工程提升機變頻器主要采用端子控制方式，通訊功能作為讀取變頻器數(shù)據(jù)使用。走行變頻器預設兩檔速度，提升變頻器預設三檔速度，根據(jù)不同的階段給出提升和走行的不同速度選擇。變頻器啟動、方向及速度選擇信號由繼電器給出，抱閘控制由變頻器本身完成。提升機提升走行變頻裝置采用帶有速度傳感器的矢量控制方式，速度控制具有良好的精度和穩(wěn)定性。啟動制動性能好，可以在短時間完成零速到額定轉速的啟動過程或由額定轉速減小到零速的制動過程，減少啟動制動時間，有利于適應生產(chǎn)節(jié)奏的要求。

4.控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)使用ABB公司的Freelance 2000集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)兼具集散控制系統(tǒng)和可編程控制器的優(yōu)點，既擁有良好的人機界面，又具有快速的順序邏輯控制功能。同時，組態(tài)工具應用簡單靈活，操作上畫面簡單，思路清晰，便于操作控制，硬件安裝維護方面簡單快捷。Freelance 2000集散控制系統(tǒng)可以分成操作級、通訊級、過程級和工程師級，不同的部分有不同的作用。工程師級用于離線或在線組態(tài)及在線調試;操作級用于操作和觀察、記錄和歸檔、趨勢和報警;通訊級用于工程師級、操作級、過程級之間的數(shù)據(jù)交換和通訊;過程級主要用于完成數(shù)據(jù)的獲取和數(shù)值的處理、以及各種控制功能。集散系統(tǒng)的出現(xiàn)和進一步發(fā)展，主要是微處理器的商品化，以及通訊技術、計算機技術和現(xiàn)場控制理論密切結合的結果。其中，通訊網(wǎng)絡是集散系統(tǒng)的重要橋梁，由它把現(xiàn)場控制裝置、操作員站、工程師站等連接成一個完整的網(wǎng)絡系統(tǒng)。Freelance 2000集散控制系統(tǒng)包括下列兩層通訊網(wǎng)絡：系統(tǒng)總線（Diginet S）和現(xiàn)場總線（Profibus/Modbus/CAN等）。系統(tǒng)總線基于標準的以太網(wǎng)標準，主要作用是將控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制裝置、操作員站、工程師站連接成一個網(wǎng)絡;現(xiàn)場總線是現(xiàn)場控制裝置中的通訊網(wǎng)絡，由其完成現(xiàn)場設備與CPU間的數(shù)據(jù)交換與通訊。

控制系統(tǒng)配置方面采用自動化儀表專業(yè)設置一套冗余DCS控制站，電氣專業(yè)設置一套冗余DCS控制站的方法，總線形式采用Profibus-DP協(xié)議的冗余現(xiàn)場總線。提升機部分電氣控制系統(tǒng)與本體電氣系統(tǒng)共用一套冗余DCS系統(tǒng)，在編程過程中通過不同任務加以區(qū)分。提升機提升、走行變頻裝置通過Profibus-DP總線與控制系統(tǒng)連接，提升機提升編碼器、走行編碼器同樣通過Profibus-DP總線與控制系統(tǒng)連接進行數(shù)據(jù)交換。上位設置一臺工程師站和四臺操作員站，上位機通過以太網(wǎng)與下位機進行通訊。提升機部分的程序控制主要為順序控制及相關的聯(lián)鎖控制。由于提升機要配合電機車、APS定位裝置、牽引裝置、裝入裝置一起工作，所以相關的聯(lián)鎖條件是必不可少的。提升機的操作平時無人值守，要求動作全部自動完成，并且要求保持一定的生產(chǎn)節(jié)奏。提升機本體的控制采用提升走行多段速度的方法，既可以提高一定的效率，又可以減小沖擊及保證定位的精度。在提升機橫移走行的過程中，在自動運行的條件下，提升機首先進入高速走行，到達減速位后降為低速，到達定位位置停車。提升機在提升和下降運行的過程中，采用多次速度變化的方法，主要目的是減小設備沖擊和提高運行節(jié)奏。提升過程中的速度控制由提升機提升位置檢測編碼器提供位置信號以確定提升速度，配合提升機提升井側、熄焦室側判斷條件，及提升及上升下降判斷條件選擇不同的速度選擇方法。如圖（1）所示為提升機自動運行過程中，提升及走行的速度分配方式。在提升及下降的過程中，提升機提升速度的變化根據(jù)提升位置編碼器的檢測自動實現(xiàn)?？刂频碾y點也在于裝爐過程及返回過程中，提升機提升和走行的速度分配問題。

系統(tǒng)投用以來，運行正常。在平時的維護過程中，我們發(fā)現(xiàn)，由于提升機鋼絲繩的拉伸及機械間隙的改變，提升機提升位置檢測編碼器的檢測數(shù)據(jù)較調試過程中稍有改變，在平時的維護過程中需要注意。避免因編碼器檢測信號變化引起影響系統(tǒng)運行的狀況。此外，為了避免編碼器在歷次檢測的過程中的積累誤差問題，我們在提升機下降到提升井最下端的鉤開位時，在提升機停止運行的條件下，對提升位置檢測編碼器的數(shù)據(jù)進行置為初始值操作。