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0、概述

    安陽鋼鐵集團(tuán)公司高速線材軋機(jī)于2000年7月建設(shè)，北京冶金設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)其工廠設(shè)計(jì)和工藝流程的布局，電氣控制部分由北京金自天正智能控制股份有限公司完成。集卷站控制采用公共直流母線方案：系統(tǒng)經(jīng)一個(gè)公共的整流/回饋單元，整流后通過直流母線可以驅(qū)動若干臺逆變器。電機(jī)制動時(shí)產(chǎn)生的能量經(jīng)過直流母線可以自動均衡，供給電動狀態(tài)的電機(jī)使用，這樣從電網(wǎng)吸收的電能可以減少，比起傳統(tǒng)的變頻器系統(tǒng)進(jìn)一步節(jié)能。

          圖1帶整流回饋單元及直流母線的變頻器系統(tǒng)

1  集卷站系統(tǒng)組成及控制回路

    高速線材機(jī)組單體最復(fù)雜的設(shè)備―集卷站的控制主要是邏輯聯(lián)鎖和順序控制，主要包括：

1)集卷筒：隔板裝置的打開／閉合控制；集卷筒升／降和高度控制；空氣吹掃裝置控制。

2)線圈底盤：線圈底盤升／降和高度控制；集卷室門開／閉控制。

3)雙芯棒：雙芯棒旋轉(zhuǎn)控制；內(nèi)芯棒升／降和高度控制。

4)運(yùn)卷小車：運(yùn)卷小車行走控制；運(yùn)卷小車升／降和高度控制。

5)盤卷對中控制：壓緊裝置控制。

    根據(jù)以上控制要求，傳動裝置的上位控制器選用西門子S7-400系列PLC。PLC主要通過PROFIBUS-DP網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對傳動裝置的控制和監(jiān)測。傳動系統(tǒng)的可逆整流器和逆變器均配有CBP2通信板。主板上有兩個(gè)串行通信口，用于與手操器、計(jì)算機(jī)（帶SIMOVIS軟件）或上位機(jī)通信。使用USS協(xié)議，通信總線最高可帶31個(gè)從站，通信速率最高可達(dá)38.4Kb/s。在PROFIBUS-DP網(wǎng)上，整流器和逆變器作為從站通過CBP2板實(shí)現(xiàn)與主站PLC之間快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳遞。PLC與裝置之間通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為PPO（參數(shù)過程數(shù)據(jù)體）形式。PLC依次可以向每臺裝置發(fā)送6個(gè)過程數(shù)據(jù)字，再從裝置接受6個(gè)過程數(shù)據(jù)字。通過過程數(shù)據(jù)字，PLC將各裝置的起、停命令等邏輯控制量和速度給定、力矩給定等數(shù)字控制量作為過程數(shù)據(jù)傳給調(diào)速裝置，而整流器和逆變器通過CBP2板將直流母線的電壓、電流等、電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速、力矩、輸出電壓、電流以及調(diào)速裝置的狀態(tài)字等過程數(shù)據(jù)傳送到PLC。實(shí)現(xiàn)邏輯聯(lián)鎖和順序控制

2   主回路配置

    根據(jù)出口處傳動系統(tǒng)特點(diǎn)，我們采用了共用DC母線方式的變頻器多機(jī)傳動系統(tǒng)。全數(shù)字交流變頻調(diào)速系統(tǒng)主回路由進(jìn)線電抗器，可逆整流器，自耦變壓器，逆變器，輸出電抗器和三相異步交流電動機(jī)，脈沖編碼器組成（如圖1所示）。系統(tǒng)共用1套可逆整流裝置及公共直流母線，取消了能耗制動單元。在正常工作時(shí)集卷站的整流逆變單元處于整流工作狀態(tài)，即能量回饋到直流母線上，而其他逆變器則均處于逆變工作狀態(tài)，將直流母線上的電能輸送到對應(yīng)的電機(jī)中。這樣通過直流母線實(shí)現(xiàn)了逆變器之間以及逆變器和整流器之間的能量交換；將處于整流狀態(tài)的整流逆變單元發(fā)出的電能通過直流母線輸送到其他處于逆變狀態(tài)的逆變器中，若逆變器逆變所需的總能量大于逆變器整流發(fā)出來的總能量時(shí)，可通過整流器從電網(wǎng)補(bǔ)充電能；反之，利用可逆整流器將電能回饋給電網(wǎng)。這樣將原本需通過能耗制動器消耗的電能用于驅(qū)動其他電機(jī)或回饋到電網(wǎng)，大幅度地節(jié)省了電能。自耦變壓器將可逆整流器逆變產(chǎn)生的電流經(jīng)過電壓提升，回饋給電網(wǎng)。整流逆變單元為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的核心裝置，其他全部選用矢量控制型逆變器。每套逆變器裝置均用脈沖編碼器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速，構(gòu)成閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。每臺逆變器與電機(jī)之間均配有輸出電抗器，以防止逆變器輸出電壓的dV/dt太大對交流電機(jī)產(chǎn)生不良影響。

安鋼高線采用了DC母線下的6SE70變頻器多機(jī)交流傳動系統(tǒng)。整流回饋單元采用是輸入380~460V，輸出510~620V寬電壓范圍的整流裝置。本系統(tǒng)輸入400V，輸出510V。雙臂芯棒的旋轉(zhuǎn)傳動裝置與線卷運(yùn)輸車傳動裝置都采用6SE7027-2TD61逆變器；傳動方案為編碼器矢量控制方案。雙臂芯棒電動機(jī)型號規(guī)格為9VL 326THTDA8831AA 30KW，制動抱閘是和電動機(jī)成套的電磁飽閘，抱閘的控制采用西門子6SE70標(biāo)準(zhǔn)的控制方案；線卷運(yùn)輸車由一臺YTSP280S-4，30kW電機(jī)驅(qū)動；線卷托盤升降的傳動裝置采用6SE7031-2TF60逆變器，電動機(jī)型號規(guī)格為YTSP2804-6,45kW（電動機(jī)成套抱閘已拆除不用）;增加制動抱閘型號為：ZWZ-400/500。線環(huán)分配器、內(nèi)芯軸升降分別由一臺5.5kW、7.5kW電機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)都由6ES7022-6TC61變頻器單獨(dú)傳動；系統(tǒng)中每臺電動機(jī)既可以單獨(dú)處于電動狀態(tài)，又可以單獨(dú)處于制動狀態(tài)，還可以單獨(dú)調(diào)速。

3  集中整流-分段逆變應(yīng)用問題與優(yōu)點(diǎn)
    調(diào)試生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題: 速度反饋編碼器連續(xù)損壞。大多數(shù)現(xiàn)象是編碼器在電機(jī)正常使用中工作正常，生產(chǎn)線停機(jī)檢修后再次起機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)編碼器損壞。最嚴(yán)重的一次是托盤電動機(jī)輸出軸扭斷，當(dāng)時(shí)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)編碼器損壞。6SE70變頻器內(nèi)的初始化及參數(shù)設(shè)定不當(dāng)引起內(nèi)部熔斷器大量燒毀；硬件故障一般較易排除，而來自于上位機(jī)通訊方面的故障相對來說難度較大。在調(diào)試中，常因軟件中“本地”和“遠(yuǎn)程”兩套參數(shù)兩組數(shù)據(jù)的選擇有誤而不能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，更多者，則是由于通訊光纖的連接不佳造成的光信號散失而造成的通訊失敗。
    共用直流母線可以大大減少整流器和制動單元的重復(fù)配置，結(jié)構(gòu)簡單合理，經(jīng)濟(jì)可靠;
此系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1) 正常運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)電動狀態(tài)和再生制動狀態(tài)的能量自動補(bǔ)償。各電動機(jī)工作在不同狀態(tài)下，能量回饋互補(bǔ)，優(yōu)化了系統(tǒng)的動態(tài)特性;采用直流母線可最好地平衡能量分配。在機(jī)組全線制動時(shí)，又可將制動能量回饋給電網(wǎng)。
(2) 共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯(lián)儲能容量大;使供電整流單元的容量和全部系統(tǒng)的供電變壓器的容量選得比較小，設(shè)備可得到較高的性能價(jià)格比。
(3) 本系統(tǒng)運(yùn)行以后，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低電網(wǎng)諧波電流，提高系統(tǒng)用電效率。節(jié)電≥35%。
(4) 采用直流母線的變頻調(diào)速系統(tǒng)后，電動機(jī)運(yùn)行特性較好，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，且由于變頻器功能強(qiáng)大，可靠性高，使得機(jī)械故障、電器故障減少，設(shè)備壽命延長，從而大大減少了設(shè)備維修工作量和費(fèi)用。
(5) 可以協(xié)調(diào)整條生產(chǎn)線各臺電動機(jī)停車。多機(jī)傳動系統(tǒng)中每臺單機(jī)的再生能量可以被充分利用，多臺變頻器一般不會同時(shí)處于制動狀態(tài)下，少數(shù)制動的逆變器回饋到直流側(cè)的能量，可以被正處于電動狀態(tài)下的另一些逆變器所吸收。

4  結(jié)束語

本系統(tǒng)于2001年5月投入運(yùn)行以來，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、可靠，集卷筒內(nèi)盤卷的收集完全由PLC自動完成，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了自動化水平。同時(shí)，由于集卷站集中整流-分段逆變控制精度較高，使得成品收集快，為整個(gè)軋線軋制速度的提高解除了后顧之憂，從而保證了產(chǎn)量的大幅度提高。目前，安鋼高線年產(chǎn)量已達(dá)到60萬t，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1] 安鋼高線電氣控制說明．北京自動化院．2001

[2] 周紹英，儲方杰．交流調(diào)速系統(tǒng)。北京．機(jī)械工業(yè)出版社．1996。