一．引言

      隨著我國現代化進程的不斷加快，在各個領域的發展過程中對鋼鐵需求的數量與質量與日俱增。我國的鋼鐵生產工藝正向數字化的高新技術方向發展。作為整個鋼鐵生產中的重要環節，高爐煉鐵工藝中高新技術的應用尤為重要。其技術指標如何，對整個鋼鐵工藝流程有著直接和顯著的影響。其中又以高爐上料主卷揚系統為整個高爐的核心設備，負責原料的輸送。對卷揚系統采用高新技術進行合理控制與優化便成為現代鋼鐵工藝中的一個重要課題。本次卷揚系統的設計是以FRB6000高性能矢量變頻器作為傳動部分的核心控制部件，并與主控PLC自動化系統緊密結合使用，從而達到了系統的穩定性與操控靈活性的完善結合。

二．系統介紹

      以遷安松汀鋼鐵廠卷揚上料主系統進行簡要的介紹。此次承接項目高爐容積為750m3，屬于中小型高爐，采用斜橋式料車上料系統。斜橋式料車上料機主要由斜橋、料車、卷揚電機三部分組成。

      料車在斜橋上的運動分為起動、加速、穩定運行、減速、傾翻和制動六個階段。在整個過程中包括兩次加速和兩次減速，即第一次加速點、第二次加速點的高速給定值使料車加速；第一次減速點、第二次減速點的低速給定值使料車減速。

       料車提升一次所需時間與料車的運動速度和加速度有關，其變化曲線為圖所示。

      (1) t1時間內：料車起動，重料車開始上行，同時空料車自爐頂極限位置下行。此時，鋼繩自卷筒退出的加速度不應超過料車的加速度，以免產生鋼繩松弛現象。此段時間對應于斜橋的A區域，由于此處軌道較陡，在給定值相同的情況下加速度α1只為0.2～0.4m/s2，以較低的加速度加速運行。

     (2) t2時間內：重料車繼續上行，通過A區域，進入了斜橋的B區域，此處軌道傾角比A區域小，則加速度α2會變大升至0.4～0.8m/s2。料車以較高加速度加速到最大速度υ。

     (3) t3時間內：料車以最大速度υ穩定運行。

     (4) t4時間內：重料車進入卸料曲軌道之前的第一次減速時間，加速度α4=-0.4～0.8m/s2。如圖2.5所示，在第一次減速點，取消之前的卷揚電機高速給定，轉而給卷揚電機接入低速給定值，通過電機的回饋制動使料車減速至υp。

    (5) t5為重料車在卸料曲軌段等速走行時間，速度υp=1m/s左右。

    (6) t6為重料車第二次減速到停車的時間，一般加速度α6=-0.4～0.8m/s2。如圖2.5所示，在第二次減速點，要將此時的速度與預先的給定值進行比較。如果速度降低到預期之內則可進行第二次減速；如果此時速度過大，超過了預期值則要通過調速器進行報警。

 料車式上料機的工作特點為：

      工作過程中，兩個料車交替上料，當裝滿爐料的料車上升時，空料車下行，空車重量相當于一個平衡錘，平衡了重料車的車箱自重。這樣，當上行或下行二個料車用一個卷揚機拖動時，不但節省了拖動電機功率，而且，電機運轉時，總有一個重料車上行，沒有空行程。從而，使得電動機總是處于電動狀態運行，免去了電動機處于發電運行狀態所帶來的種種問題。

三．控制系統構成

      根據廠家要求，主卷揚上料系統必須獨立于主系統而自成一套獨立系統，并通過PLC系統通訊，從而實現網絡控制與數據時時傳輸。電氣傳動裝置選擇的是西門子標準型變頻器FRB6000G-110兩臺，為一備一用狀態，可以通過轉換開關來時時切換兩臺裝置，保證了運行的可靠性。變頻器電壓等級為380V，功率為110KW。由于考慮到卷揚系統為大慣量位能性負載特性，配置了制動單元與制動電阻，以保證料車停車過程中能量的回饋不會造成直流母線電壓升高從而造成故障。制動單元為FRK-DR-3SA，配合使用峰值制動功率可達到135KW,可以滿足傳動系統的制動要求。

四．運行原理及功能

      我們采用了FRB6000高性能變頻調速裝置，運用矢量控制方式，實現了精確的速度控制。系統配置了制動單元與制動電阻，采用能耗制動方式實現了卷揚系統的制動。主傳動部分為兩臺變頻調速柜實現一備一用，通過主控制柜實現裝置之間的切換。每個變頻器的控制信號通過切換柜的電氣設備來完成基本聯鎖及控制，在主PLC與切換柜之間、操作臺與切換柜之間利用繼電器相互隔離，使料車的控制可以由PLC或操作臺分別控制系統，提高整個系統的可靠性。抱閘由FRB6000裝置中的抱閘專用控制功能來實現料車運行中的抱閘控制及聯鎖控制。料車定位系統由主令控制器來實現，主令控制器分別記錄料車在上行和下行過程中的特定位置如：加速點，減速點，檢測點等。并將這些位置信號以開關量的形式傳送至主控柜內的傳動PLC，再由其統一負責邏輯計算后控制變頻器的動作。

      為了保證控制系統的安全性與穩定性，避免料車失控發生飛車事故進而導致高爐停產，休風等嚴重事故的發生，本系統將一系列可能發生的故障和可能導致危險發生的情況的開關量進行串連匯總與一個零壓保護回路中。在不出現任何狀況下，零壓回路為閉合狀態，此時主回路接通，系統才可以正常工作；如果出現在零壓回路中的任何一種危險則零壓回路斷開，此時串連至主回路中的觸點斷開，變頻器進線側的主回路斷電，這個系統停止工作，抱閘電機將卷揚電機的傳動軸抱死，整個傳動裝置馬上停止，從而避免了可能危險的發生。

      下面來介紹一下料車運行的整個控制與傳動順序：將要上料的一個料車在料坑底部，已經裝好備料（礦石或焦炭），另一料車在斜橋頂部。爐頂布料器料空，申請上料，由主PLC發出命令給控制柜內的傳動PLC，在綜合各種情況并判斷零壓回路閉合后，傳送運行命令至變頻器FRB6000在接到開車命令后系統解封。通過FRB6000系統中的抱閘控制功能，建立在抱閘狀態下的轉矩限幅給出的啟車力矩電流后，FRB6000系統發出打開抱閘命令，使抱閘打開，實現料車的平穩啟動。

      當料車啟動運行后，由于起始階段斜橋坡度較大、所帶負載慣量較大，電機先以高速運行。在運行至第一減速點時，由主令控制器返回位置信號至PLC處理后輸出低速信號至FRB6000變頻器開關量輸入端子，選擇低速給定。此時電動機開始減速運行繼續提升負載。料車繼續上行，當通過檢測點時，變頻器在內部將實際速度值與給定在此位置的設定減速值進行比較，如果實際速度小于等于設定值則變頻器輸出一個低速到達信號至PLC，在綜合各種情況后如果判斷系統工作在一個正常條件下則料車繼續上行，如果速度超常或者其它非正常情況發生則系統停機，抱閘電機抱死主運行軸。料車在正常條件下繼續向上運行通過停車點，此時主令開關將停車位置傳送至PLC，處理后發送停車指令至變頻器，變頻器開始停車，抱閘閉合，此時料車的停車位置應是工藝要求的角度，即能將車內的爐料倒凈而又不撞上超極限彈簧。

五. 結束語

      通過此次高爐卷揚系統項目，我在獨立設計和分析問題的全面性等方面受益甚夥。卷揚控制系統是實現了高爐生產全過程自動控制的基礎，通過采用先進的傳感器技術以及穩定的PLC控制技術大大提高了這個高爐生產最重要環節的準確性和穩定性。系統自投入運行以來一直穩定運行，對高爐穩產、高產，降低成本，減輕工人勞動強度起著重要作用，取得了較好的經濟效益和社會效益。