1    引言 

河北津西钢铁股份有限公司，位于河北省迁西县三屯营镇，始建于 1986年，是河北省首家在香港上市的钢铁企业，是一家具有年产钢、铁各 400万吨、轧材 300万吨、发电 2.5亿度的集炼铁、炼钢、轧钢、发电为一体的大型股份制钢铁联合企业。主要生产装备有 100T转炉 1座、50T转炉 2座，120 T转炉 1座全部采用施耐德 ATV68和 ATV71系列变频器，2007年底新投产 120吨转炉一座，PLC与变频器全部采用施耐德电气公司产品，运行稳定良好，完全满足其检测准确及时，自控性能优越的要求。

2      转炉炼钢工作原理简介 

炼钢就是把从高炉出来的铁水和废钢装入炼钢炉内，氧化去除铁水中的硅、锰、碳和磷等元素，并通过造渣进行脱磷和脱硫。使钢水达到规定的化学成分和温度。 

目前炼钢的方法主要有三种，即平炉炼钢法、转炉炼钢法、电炉炼钢法。转炉炼钢（图一）是目前世界上采用的主要炼钢生产工艺方法之一，其炼钢产量可以达到世界钢产量的70%以上，大部分采用氧气顶吹转炉炼钢，示意图见图(二),构成氧气顶吹转炉的设备与装置主要包括如下：

1） 原料供应设备；2）转炉主体设备；3）吹氧装置；4）烟气净化设备；5）炉渣处理设备。

其中转炉主体设备主要由炉体、炉体支承装置和炉体倾动的电力拖动控制系统，吹氧装置是指使氧枪升降的动力装置并完成吹炼，溅渣护炉，刮渣工艺要求的设备。

转炉本体外形呈梨型，由炉体、托圈、耳轴和倾动机械等组成，炉体为钢板焊接体，可分为炉帽、炉身和炉底三个部分。炉帽一般和炉身焊成一体。炉底有的与炉身焊成一体，称为“死炉底”；有的可以拆卸，称为“活炉底”。

倾动部分采用 4台倾动电机，通过减速机刚性连接，并采用全悬挂固定方式，根据工艺要求，转炉的倾动角度为正负 360°。转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态。

据工艺设计说明，转炉按正力矩设计，即炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重。从而确保转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，能靠炉体自身的正力矩来确保炉口向上，这样不至于发生倒钢等事故。但当维修炉拆除炉底后以及炉口粘钢渣太多时，炉体可能出现上部较下部重，由于液体钢水重心随转炉倾角的变化而变化，这样在修炉和出渣或出钢时，可能出现负力矩。当炉体处于正力矩状态时，电机处于电动运行状态，当炉体处于负力矩状态时，电机处于回馈制动状态。在转炉正常工作时，如果需要倾倒钢水，就由电动机输出正力矩，带动转炉缓慢倾动。倒完钢水后，需要缓慢的把炉体回归正位，这时，就需要把转炉的势能回馈系统，电动机工作在回馈状态。转炉能连续回转 360°，并且能准确停止在任意位置上，还应根据工艺要求具有调速性能。

3  转炉倾动控制要求简介

通常，转炉的倾动由 4台电机完成，所以为了系统更可靠更稳定的工作，这 4台电机就必须要求进行负荷平衡，也就是所有的电机出力是一样的。由于这 4台电机是刚性连接，所以要求所有电机的速度要绝对同步，因此 4台电机的传动采用主/从控制，4台变频器之间用电缆进行连接。所以，在系统配置中，将一台变频器作为主机，由它进行速度调节，输出转矩给定，其它变频器作为从机，跟随主机的转矩响应，同常规的控制方式相比，这种使用将系统的性能提高到了一个新高度。有效解决由于电机运行中的不同步而产生的转炉“点头“和”摇头“的现象。

4台变频器可以在主/从之间切换，但是同时只能有一台主机，另外三台为从机，主机采用速度控制方式、从机采用转矩控制方式，主机给从机发出控制命令，从机接受主机发出的启动、停止指令及转矩的设定值进行动作。

当某台从机出现故障时，并不影响主机和其它从机的通讯和动作，所以可以继续运行，等到适当时候进行检修；当主机出现故障时，从机由于接受不到主机的信号而停机并报故障，此时将其中一台从机切换为主机，故障主机切换为从机，切换完成后，主机发出复位命令将信号同步后，从机故障信号消失，当系统正常后，继续运行，等到适当时候对故障设备进行检修。

4．津西钢铁公司 120吨转炉变频器配置控制方案简介

津西钢铁公司 120吨转炉倾动电机为 75KW,氧枪升降电机 90KW,采用施耐德 ATV71系列变频器，六台变频器型号均为 ATV71HC13N4（内置制动单元），为实现 Modbus Plus通讯，每台变频器配有可选的通讯卡 VW3A3302，倾动和氧枪电机均带有闭环反馈编码器，采用 24V增量型编码器，以提高转矩精度，考虑输入输出数量，增加 I/O扩展卡 VW3A3202一只，满足模拟量分配传送要求。采用 VW3A7812制动电阻，满足能量反馈制动要求。

津西钢铁公司 120吨转炉本体采用施耐德 Quantum 系列热备 PLC,网络通讯采用MB+通讯协议。其网络通讯配置图见如下（图三）。

在转炉倾动控制系统中，要实现四台电机的出力均衡，其核心为要实现四台变频器的转矩分配达到一致，即四台变频器在主从控制模式下，以实现均匀的力矩输出，具体实施如下：

1） 四台变频器采用通讯方式做速度给定，采用 MB+通讯给四台变频器同一速度，其精度高，抗干扰能力强，由上位 PLC通过数字给定，避免了模拟量输入信号的干扰波动问题；

2） 主机工作在速度控制模式，三个从机工作在转矩模式，在三个从机通过参数配置使其长期处于转矩控制，或采用逻辑输入端子控制，使其处于速度和转矩模式切换；

3） 主机与从机的转矩信号传递，采用模拟量信号，由主机模拟量输出到从机模拟量输入，由于从主机一分三的形式给从机，采用的是电压信号，如采用电流信号，可以采用电流信号分配器以满足要求；

4） 由于电机带有增量式编码器，并配有有编码器卡，电机控制模式采用闭环电流矢量控制。在速度与转矩精度方面能够提供更好的性能，并且在零速时能够获得满转矩。同时转矩精度亦高于开环水平。以保证3台从机的接受的转矩信号偏差较低；

5） 将主机的模拟量输出信号定义为转矩输出信号，由于转炉倾动过程中，处于电动和发电的交替状态，所以将模拟量输出定义为四像限转矩输出；

6）对于主机模拟量输出口，选择AO2,类型选择成双极性电压，对于从机模拟量输入口，选择模拟量输入口AI1,类型选择[ 电压 +/-] (n10U)正电压输入与负电压输入( 输入双向的)。

7）通过上位机以及操作面板观察主机的转矩与从机的转矩，基本上保持一致。而且转矩方向可以保持跟随，彻底避免了某一个电机不出力，或反向出力；

8）通过POWERSUTIE调试监控软件，有效地观察转矩电流变化；

9）转炉倾动需严格监控，防止出现“溜车”故障，在转炉传动变频控制系统中，利用了 PLC控制程序，使抱闸在系统起动后转矩建立在一定的输出转矩时松开，在系统停止后转矩下降至一定的输出转矩时抱紧，大大提高了系统应用的可靠性；

10）由于转炉倾动电机减速齿轮为啮合原因，易引起速度环调节震荡，造成倾动过程中有抖动，通过调节速度环比例增益，和速度环时间常数，加以克服。

在转炉氧枪控制系统中，氧枪系统为单小车双卷扬系统装置，（一用一备），升降是用交流电机驱动，无级调速。氧枪控制也采用施耐德的 ATV71变频器，两套氧枪共有两台控制柜，一用一备。氧枪升降速度 6-30m/min，断电时启动气动马达提枪。

上位机 CRT可显示氧枪实际枪位，可通过计算机键盘式按钮控制氧枪在冶炼过程中的待吹点、氧气关闭点、氧枪变速点等，吹炼点位置可人工设定，并可随时修改。氧枪由主令控制器能够精确地控制氧枪的起停、加减速、限位、待吹、刮渣、 吹炼、氧氮的吹停等多个动作点的输出，并且可以在操作员界面上实时显示氧枪的高度。 

由于氧枪是典型的位能式负载，只要抱闸装置一打开，氧枪电机就马上有 100%的负载，氧枪提升时，电动机的电磁转矩克服负载转矩。电动机工作在电动状态。氧枪下降时，负载力矩拉着电机转。电动机工作在回馈制动状态。同倾动控制系统类似，氧枪传动控制系统也必须与抱闸装置协调工作，防止“溜车”现象，而且也有足够的启动力矩和过载能力。并且速度可调节。 

在氧枪提升控制中，采用 ATV71变频器的内置制动逻辑功能，将继电器输出 R2定义为制动接触器控制，使之按制动逻辑顺序以打开抱闸控制，将 R2其触点串入抱闸接触器线圈，从而准确控制抱闸继电器的打开与闭合。

下图（图四）为在闭环控制下垂直运动的制动逻辑顺序图。

变频器在接到运行方向命令后，电机立即进入励磁状态，建立转矩电流并检测当其达到释放电流 IBR时，逻辑继电器 R2有输出，并经过 BRT延时后，抱闸放打开，通过对释放电流大小的检测，准确地控制报闸释放的时机，有效避免溜钩现象，停车时，随着输出速度降低，转矩电流降至 IBR,此时，抱闸持续抱紧一段时间 TBE，尔后继电器 R2输出断电信号给抱闸接触器线圈，抱闸接触器延时 BET后动作闭合。从而完成一个氧枪升降的制动逻辑抱闸过程。

5． 结束语

津西钢铁公司 120t转炉倾动装置交流变频传动系统,自 2007年12月投入运行至今，系统稳定可靠，其控制功能完全满足了转炉倾动工艺需求。这一项目的成功应用，标志着施耐德变频器出色性能，已为广大冶金行业用户认可，全部采用施耐德电气公司的可编程控制器和变频器，极大体现了施耐德电气产品的整体解决方案应用能力，是施耐德电气交流传动应用的重大突破之一。为今后该级别及以上转炉倾动装置的设计及应用，积累了宝贵的经验，具有较强的推广应用价值。