新型KR铁水脱硫的双电机搅拌头控制系统及方法

摘要

本发明提供了一种新型KR铁水脱硫的双电机搅拌头控制系统及方法，系统包括：PLC控制器，1#搅拌电机以及对应的1#变频器，2#搅拌电机以及对应的2#变频器；1#搅拌电机和2#搅拌电机通过齿轮箱硬连接，PLC控制器内设有速度闭环PID控制器、转矩滤波器；速度闭环PID控制器的输出端与转矩滤波器的输入端连接，转矩滤波器的输出端分别与1#变频器、2#变频器的输入端连接，1#变频器、2#变频器均为转矩控制型变频器，1#变频器、2#变频器的输出端分别与1#搅拌电机、2#搅拌电机的输入端连接，1#搅拌电机输出端的1#电机实际速度值反馈至速度闭环PID控制器的输入端。本发明的有益效果：消除两台电机同步时间差，同步性高；方便生产维护；调试更简单、应用范围更广。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金行业炼钢搅拌法脱硫工艺，具体涉及一种新型KR铁水脱硫的双电机搅拌头控制系统及方法。

背景技术

在KR铁水脱硫系统中，为了控制成本和维护方便，一般采取双电机控制方式，参照附图1所示，即两台变频电机（1#电机、2#电机）通过齿轮箱驱动搅拌头，这两台变频电机的控制方式一般是将一台电机（1#电机）对应的变频器（1#变频器）设置为速度闭环控制，将另一台电机（2#电机）对应的变频器（2#变频器）设置为转矩闭环控制。速度闭环控制的1#电机作为主电机，转矩闭环控制的2#电机作为从电机。搅拌头需要改变速度时，将1#电机速度设定值作为1#电机对应的1#变频器的输入值，同时将1#电机实际速度值反馈至1#电机对应的1#变频器的输入端，再将1#电机的当前速度下对应的1#变频器的1#电机瞬时转矩值传给从电机作为从电机对应的2#变频器的转矩设定值，使从电机转矩保持与主电机转矩一致，以达到两台电机出力一致的目的，防止齿轮箱卡齿等问题。

但是由于将主电机的瞬时力矩传输给从电机存在时间差(主要为PROFIBUS-DP线路或光纤线路的传输延时和PLC的响应延时)，另外主从电机的闭环控制(特别是从电机的转矩环闭环控制的比例、积分等参数设置)调试时根据现场调试人员的调试水平的不同也会对两台电机同步造成很大影响，最后往往造成搅拌头主从电机经常存在不同步，齿轮箱在工作中经常打齿等情况，对工艺生产状况和设备寿命都造成不良影响。另外采取这种主从控制的搅拌系统也存在主电机或对应变频器故障后需要更换主从控制等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有KR铁水脱硫的双电机搅拌头控制存在的上述问题，提供一种新型KR铁水脱硫的双电机搅拌头控制系统及方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

新型KR铁水脱硫的双电机搅拌头控制系统，包括：PLC控制器，1#搅拌电机以及对应的1#变频器，2#搅拌电机以及对应的2#变频器；所述1#搅拌电机和2#搅拌电机通过齿轮箱硬连接，PLC控制器内设有速度闭环PID控制器、转矩滤波器；速度闭环PID控制器的输出端与转矩滤波器的输入端连接，转矩滤波器的输出端分别与1#变频器、2#变频器的输入端连接，1#变频器、2#变频器均为转矩控制型变频器，1#变频器、2#变频器的输出端分别与1#搅拌电机、2#搅拌电机的输入端连接，1#搅拌电机输出端的1#电机实际速度值反馈至速度闭环PID控制器的输入端。

在上述方案中，所述PLC控制器与1#变频器、2#变频器之间采取PROFIBUS-DP连接。

在上述方案中，所述1#变频器和2#变频器内均设有转矩闭环控制器，1#变频器和2#变频器输出端的实际输出转矩反馈至各自的输入端。

采用上述新型KR铁水脱硫的双电机搅拌头控制系统进行控制的方法如下：

将搅拌头对应的1#搅拌电机、2#搅拌电机均通过对应的1#变频器、2#变频器设置为转矩闭环控制模式，保持两台电机变频器的转矩闭环控制的控制参数一致，在PLC控制器中设置速度闭环PID控制器、转矩滤波器，将1#搅拌电机的速度设定值作为速度闭环PID控制器的输入设定值，将两台电机中任一一台电机的实际速度值作为速度闭环PID控制器的反馈值，速度闭环PID控制器的输出值为0~100%的输出转矩，将输出转矩经过转矩滤波器滤波后通过PROFIBUS-DP/模拟量信号电缆同时传输发送给1#搅拌电机、2#搅拌电机对应的1#变频器、2#变频器，保证输出转矩平滑上升或下降，1#变频器、2#变频器分别输出电流给1#搅拌电机、2#搅拌电机，1#搅拌电机、2#搅拌电机通过齿轮箱硬连接，同时做转矩响应闭环控制，速度保持一致。

本发明相对于以往的控制方式来说具有以下有益效果：

1、将现有一主一从的控制方案更改为一主二从的控制方案，主控制环为PLC控制器中的速度闭环PID控制，两台搅拌电机均作为从控制的转矩闭环控制，两台电机变频器不存在响应时间差的问题，消除两台电机传输的同步时间差，主从电机同步性高；

2、以往控制系统中，主电机或主变频器若故障后将从电机更换成主电机非常麻烦，而本发明两台电机都是从电机，无论哪台故障不用做任何更换主从的操作即可继续工作，方便生产维护；

3、以往控制系统中搅拌头的两台电机的同步性受调试人员的调试水平影响特别大，而采用本发明新型控制方法后两台电机不用考虑同步性，只需要进行基本电机优化后设置为基本的转矩控制即可，若更换变频器品牌也不需要调试人员去研究同步问题，调试更简单、应用范围更广。

附图说明

图1是现有KR脱硫的双电机搅拌头控制系统结构示意图。

图2是本发明新型KR脱硫的双电机搅拌头控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细的说明。

参照图2所示，以目前常用的120tKR铁水脱硫站为例，本发明所述的新型KR铁水脱硫的双电机搅拌头控制系统，包括：PLC控制器，1#搅拌电机以及对应的1#变频器，2#搅拌电机以及对应的2#变频器；所述1#搅拌电机和2#搅拌电机通过齿轮箱硬连接，PLC控制器内设有速度闭环PID控制器、转矩滤波器；速度闭环PID控制器的输出端与转矩滤波器的输入端连接，转矩滤波器的输出端分别与1#变频器、2#变频器的输入端连接，1#变频器、2#变频器均为转矩控制型变频器，1#变频器、2#变频器的输出端分别与1#搅拌电机、2#搅拌电机的输入端连接，1#搅拌电机输出端的1#电机实际速度值反馈至速度闭环PID控制器的输入端。

所述PLC控制器为西门子S7-400，PLC控制器与1#变频器、2#变频器之间采取PROFIBUS-DP连接。

所述1#变频器和2#变频器为西门子G130或S120变频器，1#搅拌电机、2#搅拌电机均未配置速度编码器，1#变频器和2#变频器内均设有转矩闭环控制器，1#变频器和2#变频器输出端的实际输出转矩反馈至各自的输入端。

采用上述新型KR铁水脱硫的双电机搅拌头控制系统进行控制的方法如下：

采取由PLC控制器做主、搅拌头对应的两台搅拌电机都设置为从电机的一主二从的控制方案，将搅拌头对应的1#搅拌电机、2#搅拌电机均通过对应的1#变频器、2#变频器设置为转矩闭环控制模式， 保持1#变频器、2#变频器的转矩闭环控制模式的控制参数一致（1#变频器、2#变频器除了进行基本的电机参数动态优化以外，设置为不带编码器的转矩闭环控制模式，1#变频器、2#变频器的闭环控制模式的比例P、积分I值以及参考转矩值尽可能保持一致），在PLC控制器中设置速度闭环PID控制器、转矩滤波器，将1#搅拌电机的速度设定值作为速度闭环PID控制器的输入设定值，例如，1#搅拌电机和2#搅拌电机通过齿轮箱硬连接的传动比为1：6，则搅拌电机速度设定值为搅拌头速度的6倍，若需要的搅拌头速度为120r/min，则搅拌电机的速度设定值为720r/min，将1#搅拌电机的实际速度值作为速度闭环PID控制器的反馈值，速度闭环PID控制器的输出值为0~100%的输出转矩，输出转矩由于变频器响应速度的问题，如果直接给定到变频器内的转矩闭环控制器还需要通过转矩滤波器进行滤波，即每200ms采样一次速度闭环PID控制器的输出值，取近20次的采样值平均后再通过PROFIBUS-DP/模拟量信号电缆同时传输发送给1#搅拌电机、2#搅拌电机对应的1#变频器、2#变频器，保证输出转矩平滑上升或下降，1#变频器、2#变频器分别输出电流给1#搅拌电机、2#搅拌电机，1#搅拌电机、2#搅拌电机通过齿轮箱硬连接，同时做转矩响应闭环控制，速度保持一致，即保持出力一致。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此采用与本例相同或相近方法，或依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。