郑军

转炉出钢是炼钢的重要环节，目前面临的最大困难是难以实现自动控制。因此，在实际工作中，工作人员可以利用冶金工艺建模技术，以电生磁及动磁生电的理念为设计基础，通过设计异步电机等手段，完善设计整套控制转炉出钢的智能化系统。基于此，本文对转炉出钢零速悬停智能优化系统进行了深入研究，确保其具备较强的可操作性及抗干扰能力，保障工作过程的安全性、稳定性，进而降低生产及养护成本，提高企业的经济效益。

一、智能悬停系统

转炉出钢是炼钢的重要环节，在实际操作过程中，一定要保证稳定性及安全性，进而保证工作质量及产品质量。工作人员根据实际工作情况设计了异步电机设备，其可以进一步保证转炉在出钢工作中抱闸不投入，避免设备在使用过程中出现抖动，使出钢过程更稳定。如果转炉在出钢时发生故障，那么异步电机设备可以及时停止其工作。异步电机设备还可以在倾动过程中进行双检测及双矫正，并预测不正常指令。

(一)三相异步电机结构

三相异步电动机进行工作时，主要依靠转子和定子旋转产生的转差率生成电动势，进而达到能量转换的目的。三相异步电机的具体结构如图1所示。

1. 异步电机定子：定子主要由三部分构成：机座；定子铁芯；定子绕组。

2.异步电机转子：转子主要由三部分构成：转子轴；转子铁芯；转子绕组。

3. 气隙：通常情况下，气隙特别小，尤其是中小型异步电机，据调查分析，中小型异步电机的气隙通常保持在 0.1～1mm 范围内。而且，想要保证其电机内产生更低的空载电流，那么在设计过程中，则应尽可能提高电机的功率，并确保其气隙范围在更小的数值范围内。

(二)工作原理

应用三相异步电机主要由于其构成简单、成本更低、耐用使用寿命更长、便于维护、负载特性更好、效率更高等。所以，三相异步电机的应用行业和领域更广泛，冶金、煤炭、化工等行业都在使用。

为了保证其工作的科学性及合理性，设计时，通常需要按照电磁感应原理及电磁力定律展开工作，然后将380V三相对称交流电同时连接到三相异步电机设备上，并保证120°相位差，这时将会出现一个完整的旋转磁场。同时，定子旋转磁场会对载流转子导体造成一定的影响，进而产生电磁力，推动电机工作，这样可以促进电能和机械能之间的相互转换。

(三)运行状态

异步电机包括电动机、发动机以及电磁制动三种状态，运行状态如表1所示。

(四)运行状态分析

1.异步电机的主磁通及漏磁通

异步电机内的电磁系统有主磁通及漏磁通两种形式。主磁通作为传递媒介，用于能力的传递，且传递效果更好。其能量传递的主要流程为：定子→气隙→转子→气隙→定子。而漏磁通的主要作用为电抗压降，不能作为能量传递的媒介。漏磁通一般分为三个部分：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次谐波。

2.转子不运行状况分析

为了保证异步电机内转子可以正常运转工作，需要以电动势及磁动势为支撑，且其大小与转子转动情况相关。此时，应设定交流电机(异步)的转差频率，并由独立电压对其进行掌控，以达到异步电机堵转的目的。而当电机和变频器长时间在堵转电流下工作时，则需要降低其容量。

二、智能倾动系统

从我国目前的发展状况来看，通常选择 S120 系列高性能交流变频倾动控制系统，它是由德国SIE‐MENS公司研制的，该系统主要由进线开关、进线电抗器、整流单元、逆变器、输出电抗器、制动单元、制动电阻等构成。

(一)改造前的倾动系统

应用改造前的倾动系统工作时，工作人员在实际操控倾动传动装置的过程中，需要人工手动操作。通常利用自动化控制程序开启抱闸，进而推动转炉运行。如果转炉没有运行，应关闭抱闸，传动装置随之停止工作，因此不会产生电流。所以，需要保证制动电阻应用的科学性，以达成掌控变频器四象限的目的，具体参数可参考表2。

(二)优化后的倾动系统

1.SINAMICS S120系统介绍

由于倾动系统改造前，工作中存在一定的弊端， 且需要投入一定的人力。为了降低人力成本，提高生产效率，需要对倾动系统进行优化和完善。优化后的倾动系统主要应用SINAMICS S120系统，它不仅可以在一定程度上控制直线电机，同时也具备良好的定位功能。除此之外，SINAMICS S120系统还可以实现传动应用的单机及多级变频调速装置设备。

SINAMICS S120 系统的构成分别为以下 6 个部分：(1)控制单元；(2)电源模块；(3)功率模块；(4)直流+24V电源模块；(5)传感器模块；(6)端子模块以及选件板。

2.全新倾动系统方案概述

在全新的倾动系统中应用 S120 变频器，并以此对转炉倾动结构进行控制的主要原因是，相较于其他变频器而言，S120 变频器的性能更好。倾动系统在工作过程中，其控制方式主要采用四象限运行的电阻制动。当四个电机同时启动时，即使其中一台电机出现故障停止工作，其他三台电机依然可以正常运行，进而保证转炉持续工作，从而确保了工作效率。正常来讲，倾动主回路应用4台电动机，并采用一对一的模式，其实是将4台变频控制装置与4台电动机进行连接，并且每个系统包含一台进线柜、一台整流装置BLM以及一台逆变器，同时还需要配备制动单元和制动电阻。

通常来说，需要应用 SIMOTION D455，并对 S120变频器进行一定的控制，同时也需要保持与CU320之间的通讯。SIMOTION D455 主要的工作内容还包括监督变频器及保证生产效率。SIMOTION D455 在实际工作中的具体功能如下：(1)全新位置传感器应该与D455运动控制系统保持连接状态，然后再由D455控制器明确位置，保证其准确性，并在断电情况下进行检测；(2)新的位置加速度传感器需要连接到D455运动控制系统上，并与电机自身的编码器同时运行，进而达到产生倾斜超速、预测系统的目的；(3)与变频器、控制器CU320相结合，监控驱动力，确保其转矩值大于设定值，进而对机械卡住等过力矩的情况进行预判；(4)通过应用预激励信号、退磁信号和零速阈值，实现对抱制动的控制 ，保证其精准性和可靠性。 CU320作为基础控制器，要保证对每个BLM整流器单元及逆变器进行控制。对倾斜的控制，可以达到各个倾斜装置之间随意切换主从控制的目的，进而保证整体传动系统的稳定。

CU320 在实际工作的过程中主要有 6 点基本功能：(1)现阶段倾动系统应用4台变频器装置控制器，且型号都选用 CU320，4 台 CU320 在进行通讯的过程中，一般应用SINAMICS Link总线及CBE20通讯板，并保证通讯的及时性，其工作原理可参考图 2。(2)应用CU320能实现主从负荷的平衡状态。(3)为了更有效地达到主从切换的状态，转炉正常运行时，首先应用1#传动装置，并将此作为主机，其余三个作为从机辅助进行工作。如果 1#运行出现故障停止工作，可以将2#从机作为主机，3#和4#作为从机继续工作，以此类推。当主机运行时，传动装置一般运用矢量控制的双闭环调速控制系统，满足矢量闭环的控制需求，同时也可以使主从控制之间的负载处于平衡状态。

因此，如果从机处于工作状态，它的从动传动装置通常会采用转矩闭环方式展开工作，在此过程中，一般以主调速器的输出作为从机的转矩设定。(4)CU320工作时，需要应用DCC平台，并进行相应的编程工作，同时需要合理利用DP总线的性能，保证变频装置与上位机进行通讯。如果网络通讯出现故障问，就可以选择本地控制系统，使二者保持通讯，可以以1#变频器为主进行控制，系统可以适当调整模拟量信号，保证每个速度环和四个电流环，进而控制4台电机同时启动及运行，保持一致性，这样可以保证转炉倾动到安全、稳定的位置。(5)实际工作中，需要合理利用量编码区的自动检测抗干扰的能力和转换性能，在保证设备正常工作的同时，也不会对炼钢工作造成不良影响，还可以主动转换为无编码器模式，进一步提升了工作效率和工作质量。(6)为提高低速悬停状态下的控制精度，并保证其超高的稳定性和安全性，有必要连接新增加的电机高精度编码器，以取代现有的设备。

3.倾动系统接地要求

为了保证传动工作的正常运行，并保证此过程的安全性以及稳定性，每台传动柜都会配备接地专用的端子或接地铜排。但在施工建设过程中，连接地极所应用的电缆需要≥35mm² ，接地电阻需要≤4Ω。

三、结束语

综上所述，从目前炼钢工作的实际情况来看，对于关键的转炉出钢工作环节，最突出的问题是缺乏智能化控制系统，这也导致生产成本增加。针对这一情况，需要完善、优化转炉出钢零速悬停智能化系统，这样可以随机悬停，既满足了转炉出钢随时悬停的需求，也保障了工作的稳定性及安全性，进而推动企业的智能化、现代化发展，并保证工作效率和水平，提升其社会效益，保证产业的经济利益。