专利名称：焦炉重载机车变频调速平稳走行控制方法
技术领域：
本发明涉及焦炉工艺中四大机车(推焦车、拦焦车、加煤车、熄焦车)变频调速平 稳走行的一种控制方法，属于焦炉电气控制领域。
背景技术：
在现有技术中，焦炉四大车走行电机平衡的控制方式基本是采用速度反馈的闭环 变频控制方式，通常走行电机由两套或三套相同的系统组成，每套系统包括变频器、走行电 机，机械传动齿箱组成，每台变频器均采用独立的速度闭环系统，建立速度闭环的控制模 式，其目的就是使控制的电机系统特性硬，尤其是在低速时输出大转矩，提高响应速度及动 态性能，从而防止四大车机车重载时因为某个走行电机步调不一致从而不平衡，由于电机 所承载的负载、轨道的平整情况等的差异，在实际应用中其效果不是很理想，经常出现负载 不平衡的现象，不同厂家掌握的经验参数不同，效果也不同。同时因为每组电机的走行都是 采用速度反馈的闭环控制，如果机械传动出现一点偏差，就会出现每个独立系统都按照速 度反馈的闭环控制，但是机车系统整个系统都出现不同步现象，使机车出现扭动等不平衡 现象，同时因为机车运行的环境和振动比较大，经常导致测速编码器出现故障，有时候因为 某台电机闭环控制系统的编码器故障意外停机，或者某个编码器接头松动也会导致两个闭 环系统出现不平衡，或者轨道不平导致速度反馈不平衡而出现的整车扭动现象，从而导致 整个机车必须停车检修，机车停于轨道上，导致备车不能进入，使连续生产停止。
焦炉四大车机车重载变频稳定控制自动走行的另一个难点是定位误差大，因为焦 炉四大车装载量非常大，这些机车自重加载重几乎达200吨，按照出炉工艺，装载量如此大 的机车需要高速运行，在运动惯量非常大的情况下需要在非常短的距离内进行稳定停车， 只有误差控制在30厘米以内才可以进行自动对位，因此非常困难。发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺点，提出一种焦炉重载机车变频 调速平稳走行控制方法。
为了达到上述目的，本发明的焦炉重载机车变频调速平稳走行控制方法，基于一 套主控制系统、若干套从控制系统实现，所述主控制系统包括控制PLC、测距编码器、与机 车走行电机连接的控制变频器，与机车走行电机输出轴同轴连接的测速编码器，所述测距 编码器、控制PLC、控制变频器、测速编码器依次连接，所述从控制系统包括控制PLC、与机 车走行电机连接的且受控于该控制PLC的控制变频器，所述从控制系统的控制变频器采用 转矩控制运行方式，主控制系统控制变频器的输出转矩作为从控制系统控制变频器的转矩 给定，所述主控制系统的控制变频器具有两种运行方式，第一种运行方式当主控制系统的 测速编码器处于正常工况时，主控制系统的控制PLC将控制变频器的工作状态置为速度闭 环控制，所述测速编码器将机车走行电机输出轴的转速信息反馈至主控制系统的控制变频 器，控制变频器据此来调整输出转矩完成对机车走行电机输出轴转速的控制，从而实现速度闭环控制；第二种运行方式当主控制系统的测速编码器故障时，主控制系统的控制PLC 将主控制系统控制变频器的工作状态置为转矩控制运行方式，主控制系统控制变频器的转 矩主控制系统的控制PLC给定。
对机车电机走行系统中任意一个系统规定为主控制系统，该系统的走行电机采用 速度反馈的矢量控制控制方法。四大车走行在控制原理上属于恒转矩控制，因为四大车本 身重量非常大，并且走行在两根平行的轨道上，轨道并不是非常的平，有一定的起伏度，为 了能实现起步和停车，尤其是轨道不平时运行过程中的平稳，主电机系统采用闭环控制，这 样就可以实现走行具有硬的机械特性，确保机车重量虽然大但是能迅速建立非常大启动转 矩，减少启动时间，保证工艺的要求，使主电机有比较好的调速效果，使其具有良好的启动 特性，使控制的设备速度降小，运行速度稳定。
相对于主电机而言，走行的其他电机系统作为从控制系统，采用模拟量作为给定 的转矩控制，其转矩模拟量给定由走行系统中的变频器控制变频器提供，主电机变频控制 系统和从控制系统之间用总线进行通讯，从电机系统不需要安装光电编码器，按照力学分 析，几个系统控制一个小车，要小车平稳得向前进，就必须使几个系统出力是一致，只有输 出力矩是平衡的，小车整体才是平衡的，按照这个理论，要实现机车平稳运行，其变频器控 制变频器输出的力矩必须是相同的，落实在电机上，输出的转矩就是一致的。对于变频器控 制变频器而言，实现电机输出转矩一致，最直接的方法就是采用转矩控制，所以对于构成由 主控制系统提供转矩给定的机车变频系统，其整个系统转矩输出是一致的，受主控制系统 的控制变频器的指挥，而整个系统也实现了类似于由主控制系统的控制变频器为控制中心 的串线系统，而不是传统的每个系统都独立的环状系统。
主电机变频器速度反馈环节故障状态下的从电机变频控制方式切换前面现有技 术中提及，对于速度反馈的闭环系统，如果测速光电编码器损坏，则整个速度系统将崩溃， 这种现象在焦炉现场最容易发生，如果主系统的测速编码器损坏，则整个系统的转矩给定 将无法输出，系统瘫痪，所以在这种情况下，主变频系统同样设计成主、从控制，在正常情况 下，采用速度闭环控制，当PLC系统检测到速度异常时切换成模拟量给定的转矩控制，在主 电机切换成转矩控制由变频器输入转矩给定后，整个系统会保证运行能力，可以把故障机 车运行到检修位，不需要其他机械外力进行牵引作业。
在控制方式决定了后，重载机车另一个关键问题是停车稳定性和对位的准确性， 传统的设计方案是，在机车的车轮上安装有测距编码器，随着机车车轮的转动，编码器就会 反应出运行距离，这样设定距离和运行距离的差值就在不停的发生变化，当机车运行到设 定位置提前一定距离时，机车进行减速，当机车停止运行时，实际运行距离和设定距离刚好 一致，说明机车对位是准确的，实际运行过程中，为了停车稳定，在重载机车的车轮上安装 有抱闸，机车停止运行时，抱闸抱死，以防止机车发生移动。剖析这样的控制方案，似乎没有 问题，但是在实际运行中，这种方案实现对位准确几乎是不可能的，从方案看对位准确与否 关键是测距编码器，如果编码器出现误差那整个机车过程控制将失控。而影响光电编码器 出现误差关键是重载机车启动瞬间和停车前容易出现，在启动瞬间，机车变频器在机车车 轮上输出启动转矩来克服重载机车的静止惯性，突破静摩擦力使机车移动，因为机车惯性 大，车轮上容易出现相对位移的现象，俗称车轮打滑。车轮一打滑，这样和车轮同轴安装的 测距光电编码器也发生了相对位移，出现虽然机车没有移动，但是测距编码器已经移动的现象，出现误差。同样在停车前，当测距编码器和位置设定值之间的差值达一定值进行减速 时，虽然变频器对机车的走行电机进行减速，但是因为机车重载惯性，机车仍然保持原来速 度运行，这样就出现机车拖动车轮移动的现象，同样和机车车轮同轴的测距编码器就会少 测数据，不能正确反映机车的实际距离，加上在机车运行过程中，抱闸等其他因素的影响， 是不可能实现对位准确的。所以通常为了减少这种速度不匹配现象，变频控制通常采用自 由停车或者加大停车时间的方法减少测距编码器的误差，但是这样的控制方法，往往是以 牺牲整体运行时间为代价的。
既然动力机车的主动轮容易出现这样的问题，那么对于承载重物的承载车相对于 动力机车是被动的，整个机车系统不管以什么样的速度运行，都表明承载车在移动，承载车 车轮和铁轨之间就有相对的移动。
因此，本发明进一步的改进是所述测距编码器与主控制系统的承载车行轮轴同 轴连接。这样测距编码器测得的位移和实际位移是相符的。在能保证测距编码器准确的前 提下，机车系统可以实现直流制动快速停车。
本发明主控制系统的控制变频器具有两种运行方式，以速度(反馈)闭环控制为 主，转矩控制为辅，使其在故障情况下焦炉重载机车依然能够向前运行；在各种状态下，从 控制系统控制变频器的转矩均依据主控制系统控制变频器的输出转矩而定，使从控制系统 的机车与主控制系统的机车保持步调一致；并且本发明将测距编码器改装至主控制系统的 承载车行轮轴上，避免驱动轮打滑造成的对测距误差。
图1是本发明控制系统组成框图。
图2是本发明主控制系统设备结构示意图。
具体实施方式
本实施例的焦炉重载机车变频调速平稳走行控制方法，基于如图1所示一套主控 制系统、若干套从控制系统实现，所述主控制系统包括控制PLC、测距编码器(采用增量式 光电编码器)、与机车走行电机连接的控制变频器，与机车走行电机输出轴同轴连接的测速 编码器(采用增量式光电编码器)，所述测距编码器、控制PLC、控制变频器、测速编码器依 次连接，从控制系统包括控制PLC、与机车走行电机连接的且受控于该控制PLC的控制变频 器，从控制系统的控制变频器采用转矩控制运行方式，主控制系统控制变频器的输出转矩 作为从控制系统控制变频器的转矩给定，主控制系统的控制变频器具有两种运行方式，第 一种运行方式当主控制系统的测速编码器处于正常工况时，主控制系统的控制PLC将控 制变频器的工作状态置为速度闭环控制，所述测速编码器将机车走行电机输出轴的转速信 息反馈至主控制系统的控制变频器，控制变频器据此来调整输出转矩完成对机车走行电机 输出轴转速的控制，从而实现速度闭环控制；第二种运行方式当主控制系统的测速编码 器故障时，主控制系统的控制PLC将主控制系统控制变频器的工作状态置为转矩控制运行 方式，主控制系统控制变频器的转矩主控制系统的控制PLC给定。主控制系统控制变频器 与从控制系统的控制变频器通过导线连接，主控制系统控制变频器将转矩模拟量信号通过 该导线发送至从控制系统的控制变频器，从控制系统的控制变频器据此输出转矩。
如图2所示，在主控制系统承载车I的走行轮轴上同轴安装测距编码器6，把编码 器的信号送入控制PLC(图2中3)，当动力机车2在承载车I大负载启动时，机车抱闸5打 开，主变频控制系统采用速度闭环的控制方式运行，瞬间提供非常大的启动力矩，而因为负 载太大，机车要保持静止的惯性，这样机车车轮就会在轨道上打滑，这时因为测距编码器6 安装在承载车的车轮上，而承载车因为惯性静止，没有发生移动，所以测距编码器6没有发 生测距偏差。当机车走行电机的进一步转动，机车车轮和铁轨之间的摩擦力进一步增大，于 是克服了大负载静止的惯性，机车2拖动承载车I进行快速移动，这时测距编码器6也开始 准确测试承载车运行的距离，并持续不断的刷新在PLC中的数据。图2中，4为主控制系统 的控制变频器，7为测速编码器。
当测距编码器6检测到移动距离进入PLC设定值的范围内时，机车进行减速运行， 这时候如果减速时间过短，那么重载机车因为负载惯性大，仍然保持原来速度运行，而变频 控制的机车车轮速度变慢，则机车车轮就被惯性拖着滑动，如果测距编码器连接在机车车 轮上，那么导致测距编码器的数据失真，本技术方案中测距编码器安装在承载车车轮同轴 上，所以只要车辆移动，那么承载车车轮就会随之转动，则测距编码器就会反映实际位移。 所以不管变频器以什么样的时间减速，都不影响测距编码器的位移检测，在这样的前提下， 对机车主变频器采用直流制动的方式进行减速停车，在直流制动停车前，采用减速停车的 方法，设定的减速时间为10秒，采用设定的制动频率为10HZ，制动时间为3秒，这几个关键 参数可以根据现场实际情况进行调整，前提是制动时间要在停车前结束，保证经过直流制 动后，机车没有完全停止，进入一个非常慢的速度运行状态，以保证最后极低速进行自动对 位，在对位完成后，机车抱闸5迅速进行抱死，防止机车移动。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形 成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.焦炉重载机车变频调速平稳走行控制方法，基于一套主控制系统、若干套从控制系统实现，所述主控制系统包括控制PLC、测距编码器、与机车走行电机连接的控制变频器， 与机车走行电机输出轴同轴连接的测速编码器，所述测距编码器、控制PLC、控制变频器、测速编码器依次连接，所述从控制系统包括控制PLC、与机车走行电机连接的且受控于该控制 PLC的控制变频器，所述从控制系统的控制变频器采用转矩控制运行方式，主控制系统控制变频器的输出转矩作为从控制系统控制变频器的转矩给定，所述主控制系统的控制变频器具有两种运行方式，第一种运行方式当主控制系统的测速编码器处于正常工况时，主控制系统的控制PLC将控制变频器的工作状态置为速度闭环控制，所述测速编码器将机车走行电机输出轴的转速信息反馈至主控制系统的控制变频器，控制变频器据此来调整输出转矩完成对机车走行电机输出轴转速的控制，从而实现速度闭环控制；第二种运行方式当主控制系统的测速编码器故障时，主控制系统的控制PLC将主控制系统控制变频器的工作状态置为转矩控制运行方式，主控制系统控制变频器的转矩主控制系统的控制PLC给定。
2.根据权利要求1所述的焦炉重载机车变频调速平稳走行控制方法，其特征在于测距编码器与主控制系统的承载车行轮轴同轴连接。
3.根据权利要求2所述的焦炉重载机车变频调速平稳走行控制方法，其特征在于所述主控制系统控制变频器与从控制系统的控制变频器通过导线连接进行通讯。
4.根据权利要求3所述的焦炉重载机车变频调速平稳走行控制方法，其特征在于所述测速编码器、测距编码器均采用增量式光电编码器。
全文摘要
本发明涉及焦炉重载机车变频调速平稳走行控制方法，主控制系统的控制变频器具有两种运行方式，以速度(反馈)闭环控制为主，转矩控制为辅，使其在故障情况下焦炉重载机车依然能够向前运行；在各种状态下，从控制系统控制变频器的转矩均依据主控制系统控制变频器的输出转矩而定，使从控制系统的机车与主控制系统的机车保持步调一致；并且本发明将测距编码器改装至主控制系统的承载车行轮轴上，避免驱动轮打滑造成的对测距误差。
文档编号G05B19/05GK103034158SQ20111029093
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者吉明鹏, 季益龙, 吴建明, 沈立春 申请人:上海梅山钢铁股份有限公司