1 引言
莱芜钢铁集团股份有限公司炼钢厂4#转炉为无副枪顶吹型式，年设计生产能力为50万吨，于2003年11月建成并投入使用，它与大方坯连铸机构成了产能匹配的短流程生产线。由转炉本体、汽化冷却、煤气回收三部分构成。4#转炉实现了全部的plc自动控制，满足了生产工艺对自动控制的要求，具有逻辑联锁控制、数据处理、工艺显示、故障自诊断/报警、趋势记录等功能，为生产人员提供了完善的操作和全线监视。采用交流变频器用于电机传动机构的调速控制。
2 变频器的原理及功能
变频调速是近代电气工程中发展最快的一种电动机调速方式，其转速方程式为n=60f(1-s)/p，只要改变f，就可实现n的变化而达到无级调速的目的。其中:f-电源频率;p-电机极对数;s-电机转差率;n-电机转速。变频器正是这种调速方式的执行者，变频器的优良性能使其在工业中得到越来越广泛的应用。
acs 600变频器是abb公司直接转矩控制(dtc)技术，结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器。它具有很宽的功率范围，优良的速度控制特性。完整的保护功能以及灵活的编程能力。因而，它能满足绝大多数的工业现场应用。
acs 600变频器具有如下的重要功能:
(1) 无与伦比的机电特性及转矩控制。
(2) 电机辨识运行(id run)及速度自我微调功能。
(3) 内置pid控制器，降低了投资成本。
(4) acs 600 singledrive能在几毫秒内测出电机的实际转速和状态，所以在任何状态下都立即启动,无起动延时。
(5) 零转速下，不需要速度反射就能提供电机满转矩。
(6) acs 600 singledrive能提供可控制且平稳的最大启动转矩。可达到200%的额定转矩。
(7) 不需要特殊硬件的磁通制动模式可以提供最大的制动力矩。
(8) 在磁通优化模式下，自动适应不同的负载以提高效率同时降低机电的噪音，变频器和机电的总效率可提高1%-10%。
(9) 具有标量控制(scalar control)和ir补偿功能
莱钢4#转炉的氧枪在提升和下降以及炉体在倾动过程均有变速要求，而且氧枪需要精确定位，在控制设计时充分考虑了acs 600变频器的优良性能，最后决定选用了它。
3 变频器的应用
3.1 氧枪精确定位控制
在转炉炼钢生产中，氧枪定位的精确性直接影响吹炼终点的钢水温度和碳含量，同时，对生产安全和炉龄、枪龄也有很大的影响。因此，我们将氧枪定位作为一个重点技术问题解决，硬件上采用德国turck增量型编码器和西门子fm450高速计数模板配合，完成氧枪位置信号的采集。定位数据的处理采用点线结合的方法，对于极限位、待吹位、开氧/闭氧位、变速位等需精确定位的关键点，采用10次往返计数值加权平均的方法，以抵消提升加速和下降加速引起的卷扬钢绳弹性形变所造成的定位误差。对于纵轴线上的枪位显示数据，则采用自动定量补偿和人工校准相结合的方法予以处理:即当氧枪提升和下降的过程中，在编码器读数的基础上，分别加或减一个补偿量，这个补偿量是对氧枪1000次往返读数与实测枪位误差的统计处理结果，用这一数据补偿，在氧枪的工作行程上，可以达到±2cm的定位精度，完全能够满足枪位指示的精度要求。另外，为提高系统的可靠性，通过mmi设置了枪位校准按钮，当控制误差较大时，可以把氧枪下降到校准点，按下校枪按钮进行软手动校枪，此时定位系统自动初始化，恢复设定精度。
3.2 氧枪/炉体变速控制
氧枪在提升和下降以及炉体在倾动过程均有变速要求。氧枪的变速点有3个，整个工作行程分为3个速度段:当氧枪提升时，氮封口以下为慢速运行(12.5m/min)，氮封口以上至换枪位以下400mm为快速运行(37.5m/min)，换枪位以下400mm至换枪位为慢速运行(12.5m/min);下降时，也遵循这一变速规律。而炉体倾动时，则通过倾动摇杆可实现无级变速。为达到调速目的，氧枪传动系统采用由plc根据枪位检测数据计算后自动向变频器发出快、慢速指令;而炉倾变频器则通过倾动摇杆提供给plc±10v的电压信号，plc根据所接收的信号向变频器成比例的输出给定速度，并根据信号的正/负符号特性控制变频器的正/反转。控制原理如图1和图2。
图1 氧枪升/降变频控制原理图
图2 炉倾变频控制原理图
4 抗干扰措施
变频器对其他设备、检测元件和控制器件产生干扰，这种干扰是不可避免的。因为变频器的输入部分为整流电路，输出部分为逆变电路，它们都是由起开关作用的非线性元件组成的，而在开断电路的过程中，都要产生高次谐波，从而使其输入电源和输出的电压波形和电流波形产生畸变。
4.1 通过共用的接地线传播干扰
通过共用的接地线传播干扰是干扰传播的最普遍的方式。将动力线的接地与控制线的接地分开是切断这一途径的根本方法，即将动力装置的接地端子接到地线上，将控制装置的接地端子接到该装置盘的金属外壳上。
4.2 信号线靠近干扰源所带来的干扰
信号线靠近有干扰源电流的导线时，干扰会被诱导到信号线上，使信号线上的信号受到干扰，布线分离对消除这种干扰行之有效。实际把高压电缆、动力电缆、控制电缆常常与仪表电缆、计算机电缆分开走线，分走不同的桥架，即使是变频器的控制线也最好与其主回路线以垂直的方式走线。
(1) 在变频器前侧安装线路电抗器，可抑制电源侧过电压，并能降低由变频器产生的电流畸变，避免使主电源受到严重干扰。
(2) 在变频器前加装lc电路无源滤波器，滤掉高次谐波。滤波器包括很多级，每一级滤掉相应的高次谐波。通常滤掉5次和7次谐波，但该方法完全取决于电源和负载，灵活性小。
(3) 加装与负载和电源并联的有源补偿器，通过自动产生反方向的滤波电流来消除电源和负载中的正向谐波电流。
(4) 当设备的附近环境受到电磁干扰时，应装设抗射频干扰滤波器，可减少主电源的传导发射，且要采取措施屏蔽电机电缆。
(5) 当电机电缆长度大于50m或80m(非屏蔽)时，为了防止电机启动时的瞬时过电压，减少电机对地的泄漏电流和噪声，保护电动机，在变频器与电机之间安装电抗器。
在炼钢4#转炉控制系统的设计与实施中，采用了如图3所示的变频器防干扰措施，效果良好，其它设备受干扰的影响小，控制效果好，运行稳定。
图3 变频器防干扰原理图
图3中，f1a/f1b-2单元抗射频干扰滤波器;il-线路电抗器;im-电机电抗器。
对4.1中所述的动力线，电机电力电缆屏蔽，在变频器处，采用不锈钢卡环使屏蔽层与安装板连接而接地，以限制射频干扰，也可把电缆穿在金属管路之中。
导电安装板(不锈钢)与动力电缆的屏蔽层相连接，确保滤波器、变频器和屏蔽层之间接地等电位。
采用上述措施后，高频的辐射电流被限制在本系统内部，向外的辐射大大减弱，离系统2m的范围内干扰比较明显，而2m以外则很快减弱。
5 结束语
变频调速用于莱钢4#转炉中进行驱动氧枪/炉体变速控制，由于其技术先进,功能齐全,节电效果显著，与plc组成开环或闭环系统，使工艺运行更趋合理，设备自动化程度提高，因此是一种理想的调速控制方式，既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，经济效益十分明显。
参考文献
[1] acs 600变频器使用手册[z].
[2] 陈伯时,陈敏逊. 交流调速系统[m]. 北京:机械工业出版社,1998.
[3] 满永奎等. 通用变频器及应用[m]. 北京:机械工业出版社.
作者简介
刘春庆(1970-) 男 工程师/硕士 现在山东莱芜钢铁集团自动化部从事控制系统的设计与开发工作，主要研究方向:模糊控制、神经元系统应用。
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