摘要：本文介紹西門子6SE70變頻器在高爐自動控制系統中的應用。高爐上料系統利用現代計算機技術將PLC系統與變頻器系統緊密結合在一起，實現PLC與變頻器控制的統一，解決了因卷揚控制系統不穩定而造成的休風、停產問題。提高了卷揚上料系統的穩定性，降低了上料系統的故障率。高效變頻器的靈活應用，成為高爐實現穩產、高產的基礎。

關鍵詞：變頻器高爐上料卷揚PLC一、高爐卷揚上料及布料過程簡介

高爐上料的形式主要有兩種:一是卷揚料車上料，二是皮帶上料，由于料車上料占地面積小，在中小高爐中得到廣泛的應用，如中型高爐卷揚系統采用雙電機控制，小高爐采用單電機控制。卷揚上料系統的主要過程是：各種原料經過槽下配料后放入中間料斗，料車到料坑后，中間斗把料放入料車，中間斗閘門關到位并且爐頂準備好后，料車啟動，經過加速－勻速（高速）－減速1－減速2，到達爐頂。

二、控制系統方案

2.1上料及爐頂系統主要電氣設備

1、卷揚機構交流電機功率160kW，三相交流380伏一臺。

2、冷卻風機電機3.7kW，三相交流380伏一臺。

3、料車制動器1kW，兩相交流380伏兩臺。

4、料車行程編碼器，OMRON一臺

5、智能主令控制器一臺。

6、料車切換柜一面、交流變頻傳動柜2面，一用一備，制動電阻柜一面。

7、料車變頻器選西門子6SE70200kW兩臺，配套制動單元。

8、PLC配置如表：

CPU414

6ES7414-2XG03-0AB0

只

1

DI32點DC24V

6ES7421－1BL00－0AA0

只

6

DO32點DC24V

6ES7422－1BL00－0AA0

只

3

模擬量AI8點

6ES7431－1KF10－0AB0

只

2

模擬量AO

6ES7432－1HF10－0AB0

只

1

2.2基本工藝要求

1、料車卷揚機：料車卷揚機按料車行程曲線運行；

2、在PLC及操作臺手動方式下，滿足高、中、低速調速要求；

3、料車啟動、停車及加、減速應平穩，速度控制受負載(空載或滿載)影響較小；

4、主卷揚有鋼繩松弛保護和極限張力保護裝置(過流保護)；

5、料車有行程極限,超極限保護裝置，低速檢查保護；

6、料車尚未到達行程終點的卷筒反轉保護；在卡車的狀態下,可允許停車或有控下行。

2.3設計案

(1)主卷揚變頻調速裝置

我們采用西門子公司的6SE70全數字交流變頻調速供電裝置。系統配置了配套制動單元和獨立的制動電阻柜，采用能耗制動方式實現卷揚系統的制動。供電裝置的工作方式選用一備一用方式，通過切換柜中的三刀雙擲刀開關完成備用切換。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6SE70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。

調速裝置的交流進線是通過交流進線電抗器解耦，并且進線電抗器設置在電源切換柜中，相當于兩套變頻器共用一臺進線電抗器。在切換開關后面分別接兩臺出線電抗器，消除出線高次諧波，保護電機。

料車定位采用絕對值編碼器來完成，信號是格雷碼，以開關量的形式送給PLC；主令控制器采用增量式編碼器，脈沖信號送給主令控制器的內部小PLC。料車定位編碼器器通過Profibus-DP與PLC聯網。

(2)料車定位

高爐卷揚料車的傳統定位方式是機械式的主令控制器，目前來看，使用起來有很多問題，定位精度差，現場環境惡劣，機械觸點容易氧化，位置發生變化后，必須休風，跑幾次空車，調整料車位置。我們現在采用的方案是智能主令控制器與編碼器（PLC）結合對料車進行定位，通過數字面板來調整料車位置，如料車位置發生變化，只需在數字面板上改變料車位置的數值即可完成對料車的定位。同時，主令控制器所檢測到的數據與主PLC中的數據相比較，誤差小于允許值時認為定位準確。

(3)料車運行簡介

料車在料坑底部(另一料車在頂部)，備料裝好后，地坑閘門關閉，爐頂受料斗料空，申請上料，由主PLC發出命令給變頻器，6SE70在接到開車命令后系統解封。通過6SE70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，6SE70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，所需的運行力矩電流大于啟車力矩電流后，原來建立的轉矩限幅將恢復到正常的限幅值。啟車后，料車將以啟車加速度a1=0.25m/s2進行加速至V＝2.36m/s。待爐頂另一料車退出分歧軌后，當上行料車運行至接近爐頂時，由主令控制器發出減速1信號給切換柜，由切換柜發給6SE70使料車按a3=0.25m/s2減速至V=1.0m/s的中速運行。當上行料車進入分歧軌前，主令控制器發出減速2的命令，使料車以a3=0.2m/s2減速，在此過程中主令控制器器還會發出低速檢查命令，6SE70系統此時會根據料車在此點的實際運行速度作出比較判斷，料車運行至爐頂時，主令控制器發出停車命令，由PLC控制6SE70完成停車，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極限彈簧。

(4)料車運行保護

所有使用卷揚上料的廠家，比較擔心的就是料車失控，產生飛車事故，一旦出現此類事故，那么所造成的停產時間和損失都無法估算，為避免這樣的事故發生，我們重要采取的措施是松繩檢測和低速檢查保護。有松繩現象出現時，松繩開關會立刻給PLC發出信號，PLC收到松繩信號以后，立刻給供電裝置發出停車命令，并同時給抱閘發出停車的命令。作為卷揚上料無論是直流裝置還是交流裝置，都是用速度閉環的方式，在工藝要求低速的地方增加主令控制信號，該信號觸發變頻器的速度比較功能，一旦出現飛車失控的現象，比較值大于設定值測速裝置就會向供電裝置發出真實的速度信號，裝置通過對速度信號鑒別，發現本給定所需要的反饋信號不符，那么裝置就會自動關閉，并同時向控制它的PLC發出故障信號，接到信號以后，PLC馬上發出停車抱閘的指令，并按程序設定進行斷電等其它保護措施。

3、系統特點

系統將PLC技術與變頻器技術相結合，極大地提高系統性能，成為生產控制的堅實基礎。在此基礎上開發出以下幾個有特色的功能。

（1）設備故障檢測報警：這一功能由兩部分構成:PLC中的實時檢測程序和計算機上的報警及記錄程序。

（2）料車定位：采用主令控制器與編碼器（PLC）結合對料車進行定位，定位準確，調整方便，在約60m長的軌道上定位精度可達0.6cm。

（3）料車啟動控制：料車啟動前，必須提前判斷爐頂狀態，防止在軌道中間停車。目前為追求產量，都是大料批上料，料車如在軌道中間停車，再啟動時較危險。

（4）安全獨立操作方式：由主PLC和操作臺分別獨立控制主卷揚系統，并且與切換柜相互隔離，提高降低系統的故障率。

（5）開抱閘控制：開抱閘采用力矩電流的百分值由變頻器BICO參數輸出給抱閘接觸器，來控制打開，通過現場調試測定合適的力矩值，在變頻器建立起該力矩后，再打開抱閘，可有效的防止誤動作及溜車故障。

4、應用效果

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比較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。