干熄焦提升机传动系统的开发与应用

王蕾

（济钢集团国际工程技术有限公司，山东　济南250101）



信息化建设

干熄焦提升机传动系统的开发与应用

王蕾

（济钢集团国际工程技术有限公司，山东济南250101）

摘要：对干熄焦提升机提升传动、走行传动进行改进，开发了提升机控制系统。该控制系统主要包括控制CNET网络、传动CNET网络和I/O站的DNET网络3部分。该干熄焦提升机传动装置安全、可靠、高效运行，将提升机下降时发电状态及制动状态的能量通过回馈电网，每年节省电费50余万元。

关键词：干熄焦；提升机；传动；能量回馈；控制系统

1　前　言

提升机是干熄焦工程最关键的红焦运输设备，运行于提升井架及干熄炉构架上，将装满红焦的焦罐从电机车上提升至井顶部，通过走行部分横移至干熄炉炉顶，与装入装置相配合，将红焦装入干熄炉内，然后将空焦罐返回至提升井下的电机车上。

传统的提升机传动系统在安全性、能量回收方面存在问题，为此，结合先进的控制系统，对提升机传动进行改进与提升。

2　提升机传动系统改进

提升机的提升及走形机构均由2台相同功率的变频电动机作为动力。正常提升及走形时，2台相同功率的变频电动机同时工作，当任何1台变频电动机出现故障时，另外1台作为紧急运行的动力。

2.1提升传动部分

干熄焦提升机具有典型的位能性恒转矩负载特性，转矩具有固定的方向，不随转速的方向改变而改变。不论重物被提升（速度方向向上）或下放（速度方向向下），负载转矩始终为同一方向（转矩方向向下）。显然，位能性恒转矩负载特性在第一与第四象限内，表示恒值特性的直线是连续的。

根据提升负载的特性，在传动主回路设计中，做了以下4个方面改进：1）提升部分向下运动时，速度方向与负载转矩方向相同，电机处在发电状态，因此大量的位能转化成电能，考虑到节能因素，提升变频器选用具有能量回馈功能的Power Flex700L系列的变频器。2）由于回馈电网的电流存在谐波，为防止对电网造成干扰，在变频器前端增加了π型滤波装置。3）为限制电机侧的反射波及电压变化率对变频器造成的影响，在变频器和电机之间增加了出线电抗器。4）考虑到运行精度的要求，增加了增量型编码器，实现速度闭环反馈功能。提升机传动主回路示意图见图1。

图1　提升机传动主回路示意图

2.2走行传动部分

提升机走行传动部分为普通的感性负载，采用普通的进线电抗器、变频器、出线电抗器、电机、制动单元的结构。另外，考虑到运行精度的要求，增加了增量型编码器速度反馈功能。因此，走行传动部分由进线电抗器、变频器、出线电抗器、电机、制动单元及增量型编码器构成。

2.3提升机传动控制

1）提升和走行电机传动部分均采用带速度编码器的闭环矢量控制方式，实现交流电机的励磁电流与力矩电流的解耦控制，以达到交流电机的高性能调速的目的。2）采用固定速度选择方式，实现变频器的速度控制。传动系统速度选择通过4个中间继电器实现正方向3个速度和负方向3个速度，共计6个速度的控制。利用格雷码编写原理，即任意两个相邻数的代码只有1位二进制数不同的编码。将格雷码原理应用于传动系统固定速度选择，提高了系统的可靠性和安全性。3）提升传动部分的抱闸控制，增加了启动时力矩检测和停止速度检测功能，保证提升机系统启动和停止时安全平稳运行。4）根据机械设备实际运行情况，变频器启停时增加S曲线功能，减小对机械设备的冲击，并且为避开机械设备共振，启用了跳跃频率功能，以此延长机械设备使用寿命。

3　提升机控制系统开发

采用ControlLogix 1756系列自动化产品作为干熄焦整体控制系统的2个远程站，见图2。提升机控制系统主要由3部分构成：1）控制CNET网络，下挂2个提升机PLC远程站，分别为机上I/O站、机下I/O站；2）传动CNET网络，下挂四套变频器；3）机上I/O 站DNET网络，下挂2个绝对值编码器。

图2　提升机控制系统网络

3.1硬件组成

1）提升机的两个PLC控制站分别为机上I/O站和机下I/O站。机下I/O站的控制柜布置在主控楼PLC控制室，机上I/O站的控制柜布置在提升机司机室内。为了确保长距离移动信号通讯的抗干扰性，机上I/O站和机下I/O站通过光电转换，采用冗余光纤进行通讯。2）两个绝对值编码器通过DNET网络，将编码器信号采集到PLC控制系统，用于测量提升高度和走行距离，并且与限位开关一起参与提升机系统的控制。

3.2软件功能

1）实现提升机主控室自动、机上自动、机上手动、换绳操作4种操作模式。2）提升机钩开位、焦罐等待位、提升井侧对中位、干熄塔侧对中位、干熄塔侧落到位等5个位置，均可启动自动循环程序。3）提升机自动运行过程中无需人为干预，并能实现异常及故障状态退出自动程序。运行过程中实现编码器和限位开关同时用于控制，并且允许编码器切除情况下运行自动程序。4）对传动系统的变速或停止功能点进行编码器和限位开关双重保护，增加系统故障急停变频器功能，保证在限位故障条件下，传动系统可靠安全停止。5）增加PLC发出指令与变频器实际动作的校验功能，防止器件或线路问题引起的误动作。6）考虑安全性，机上PLC柜通讯实时监测功能，机上PLC断电或通讯异常，整个提升机系统程序将停止运行。

4　提升机传动系统的特点

1）安全性。提升系统的独有悬停功能，当发生抱闸故障时，无法抱紧，变频器会自动启动，保持零速一段时间，然后以低速下降，将焦罐缓慢落下，并报警。2）可靠性。自主开发了变频器的编程功能，保证变频器的可靠性。内置devicelogix控制器，可以实现梯形图或功能块编程，对于干熄焦项目，变频器的编程功能主要应用于抱闸控制；对于提升机抱闸，如采用常规的PLC控制，会有PLC掉电、控制继电器故障、反应延迟等诸多隐患，而抱闸直接于变频器控制，变频器根据力矩检测，进行抱闸控制，杜绝溜罐和延迟打开等现象。3）节能性。提升机传动采用的是能量回馈装置，整流和逆变部分都是采用IGBT元器件。对于电网容量不大，电源质量较差的地区，尤为适合。因变频器运行过程中会产生大量的高次谐波，变频器回馈的能量通过电网回馈，节省了电能、减少了高次谐波，保障了变频器和控制系统的稳定运行。

5　结　语

干熄焦提升机传动装置在河北宏奥干熄焦、迁安九江干熄焦等工程中成功应用，运行稳定可靠，性能卓越，采用具有能量回馈功能的变频器，将提升机下降时发电状态及制动状态的能量通过回馈电网，每年节省电费50余万元。

Development and Application of CDQ Elevator Drive System

WANG Lei

（Jigang International Engineering and Technology Co., Ltd., Jinan 250101, China）

Abstract:The hoisting drive, running drive of the CDQ elevator was improved, the elevator control system was developed. The control system included CNET Networks for control, CNET Networks for drive and I/O station DNET network. The successful use of the CDQ elevator drive device can make the CDQ elevator run safely, reliably and effectively and save more than half a million Yuan each year through the power feedback which comes from the generating mode and braking state of the elevator.

Key words:coke dry quenching; elevator; drive; energy feedback; control system

中图分类号：TH21

文献标识码：A

文章编号：1004-4620（2016）02-0056-02

收稿日期：2015-11-26

作者简介：王蕾，女，1969年生，1991年毕业于包头钢铁学院电气自动化专业。现为济钢国际工程技术有限公司高级工程师，从事供配电及自动化专业工程设计。