ABB ACS800变频器在高炉上料系统中的应用.doc
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ABB ACS800变频器在高炉上料系统中的应用在炼铁高炉上料系统控制中,上料小车的控制是控制的核心部分,它是根据生产工艺的要求,把槽下备好的不同料类和不同重量的原料及时、安全、准确定位地运送到高炉炉顶,保证高炉的正常生产,一但控制出现故障,将直接影响高炉的生产。
??? 本文通过上料小车卷扬机负载的特性,采用ABB变频器的主-从控制技术、DTC直接转矩控制技术、机械抱闸控制技术、多步速控制技术,结合西门子PLC控制,实现了对小车的精确控制,取得了满意的效果,完全满足了高炉生产工艺的要求。
1 控制工艺要求
??? 高炉原料从槽下输送到炉顶有两种输送方式:一是皮带输送、二是小车输送。这次设计是采用小车输送方式,小车输送方式是:小车卷扬机采用交流电动机拖动,电机正、反转控制,牵引通过钢丝绳连接的两台料车在斜桥上一上一下交替工作,为了能对小车做到精确控制,控制系统必须具备以下条件:
??? 1)、系统能频繁起动、停止。??? 2)、系统能正、反双向控制。??? 3)、系统能做到无极调速,调速范围大、平滑性较高,做到平稳起动-加速-稳定运行-减速-平稳停车。??? 4)、系统起动转矩大,做到平稳起动。??? 5)、系统在停车时做到稳定、精确定位,防止料车过头。??? 6)、在零速时维持大转矩输出,防止料车起动和停车时重载下滑。
2 变频器的选型
??? 上料工艺对料车控制的最主要要求是:在起动或停车的瞬间也就是在零速时,变频器必须有最大的转矩输出,以防止料车下滑,因此在起动时对转矩的要求大于对速度的要求。当前交流变频调速系统主要为矢量控制和DTC直接转矩控制。众所周知,DTC直接转矩控制系统由电机的电压和电流计算出定子磁链和转矩,采用砰-砰控制来实现变频器的PWM控制,DTC直接转矩控制系统没有电流控制环路,因此,DTC直接转矩控制系统的着眼点是电压,而不是电流。而矢量控制的原理是基于交流电机的电流控制,把交流电流按磁场坐标轴分解为转矩分量和磁场分量,分别加以控制,故矢量控制的着眼点是电流控制。对于交流电机来讲,要想获得快速的转矩响应,在磁链不变的条件下,就要求电流的快速变化,而电流的变化是由电压的快速变化引起的。矢量控制系统的输出电压是由电流调节器的输出产生的,这就存在电流调节的时间滞后。而DTC直接转矩由于没有电流控制环路,砰-砰控制产生的输出电压,没有任何电流限制,电压可以出现过冲现象,故电机可以获得较大的du/dt, 较大的加速电流,因而产生较快的电流响应及转矩响应就不言而喻了。故采用DTC直接转矩控制的交流调速系统可以获得比矢量控制要快的多的转矩响应,图(1)a为矢量控制系统的转矩阶跃响应,大约为6~7ms,而图(1)b直接转矩控制系统的转矩阶跃响应可以达到1ms左右。DTC直接转矩控制动态控制精度比矢量控制系统高出五个数量级,特别在低速运行、电网供电质量不好、波形发生畸变时,DTC仍然能保持较高的控制精度。 ?
从以上两种控制方式比较得出,DTC直接转矩控制系统可以做到转矩的建立优先于速度,这正是我们所期待的,市面上各种品牌的变频器控制方式大多采用矢量控制,而ABB采用独特的DTC直接转矩控制方式,因此我们在设计中选用了ABB的ACS800系列变频器。该变频器具有以下功能:①直流励磁功能,该功能保证电机能具有高达200%电机额定转矩的最大启动转矩。②直流抱闸功能,使用直流抱闸保持功能可将电机转子锁定在零速。③主、从功能,它是为多传动应用而设计的。④专用的机械制动控制功能,在传动单元停止或未通电时,可用机械制动将电机和被驱动设备锁停在零速状态。⑤输入、输出可编程功能,实现了根据用户要求对设备的灵活控制。⑥多步速功能,用户可以设定不同的速度曲线,实现设备的平稳加减速控制。⑦可以设定不同的启动转矩,在开环和闭环时的的转矩响应时间均小于5ms,速度的静态精度可以到0.01%,动态精度可以到0.1%。⑧完善的报警功能。ACS800系列变频器的特点完全满足了高炉上料系统料车控制的特殊要求。
3 控制系统的设计
??? 在这一次设计中,根据生产工艺负载的需要,计算出拖动负载电机的容量为700KW,如果采用单电机传动,电机、减速机等机械设备体积和重量庞大,对安装和日后的维护带来不方便且工作量大,同时控制系统的变频器所需的容量大、价格昂贵,在启动和运行过程中,电机电流大,对电气设备、电缆要求等级高,这都增加了投资成本。由于存在这些问题,通过多种方案的比较,最后决定采用多传动控制方案,选择采用两台容量为400KW的电机进行拖动,同时为了降低启动和运行过程中的电流,选择了电压等级为690V的ABB的ACS800系列变频器。
3.1 主、从控制方案的应用
??? ACS800变频器的主、从功能是为多传动应用而设计的,,其中系统由若干
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