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　　摘 要: 本文介紹了ACS800多傳動系統在中板定尺剪機組中的應用，并詳細介紹了該系統的構成、特點和調試。

　　關鍵詞: 直接轉矩控制（DTC控制） 多傳動系統 直流母線

　　Abstract: This paper introduced the application of multidrive system in medium plate standard-size-shear, and described the composition of the inverter system,feature and debugging.

　　Keywords: DTC-control Multidrive system DC-Bus

　　1 引言

　　2006年初，安陽鋼鐵股份公司第二軋鋼廠在其新建精整線上增加了一臺定尺剪機組，用于鋼板在矯直后的頭尾剪切，達到進一步提高質量和產量的目的。

　　2 定尺剪機組概述

　　定尺剪機組主要由對中裝置、前夾送輥裝置、定尺剪、料邊收集裝置等組成。當鋼板由冷床運送到定尺剪前輥道上，由剪前輥道將鋼板運輸至前夾送輥約500mm處，設在剪前的冷金屬檢測器動作，鋼板自動停止，此時前夾送輥處于最大開口度狀態，剪前的鋼板通過五個呈線性運動的液壓對中裝置，將鋼板平移到一側。此后，剪前輥道將鋼板運至超過前夾送輥400mm時，冷金屬檢測器發出信號，鋼板停住，用夾送輥將鋼板頭部壓緊，定尺剪啟動把鋼板頭切掉;然后夾送輥、剪前、剪后工作輥道同步啟動，將鋼板送到指定尺寸長度為止時，夾送輥、剪前、剪后工作輥道停止運行，定尺剪啟動把鋼板尾切掉，然后夾送輥、剪前、剪后工作輥道同步啟動把鋼板送至收集臺入庫。

　　2.1 電氣傳動及控制

　　（1） 定尺剪

　　單方向剪切，頻繁起制動，系統可逆。定尺剪主傳動由2臺630kW交流變頻電機傳動。裝置過載倍數2倍，由兩套逆變器作主/從控制，負荷平衡，基速以下恒轉矩工作，基速以上恒功率工作，直接轉矩控制，速度閉環。

　?。?） 夾送輥

　　單方向送料，頻繁起制動。夾送輥分別由2臺22kW交流變頻電機傳動兩個下夾送輥, 將鋼板導入定尺剪,并將發生剪切故障的鋼板退回至剪前輥道。兩臺電機由同步軸硬性連接。由兩套逆變器作主/從控制，2倍過載，直接轉矩控制，速度閉環。

　　（3） 輥道

　　頻繁起制動, 系統可逆。輥道由剪前輸入輥道和剪后輸出輥道組成，單電機單獨傳動，成組工作，標量V/F控制。

　　2.2 .ACS800多傳動系統

　　公共直流母線技術是在多電機交流調速系統中，采用單獨的整流/回饋裝置為系統提供一定功率的直流電源，調速用逆變器直接掛接在直流母線上。當系統工作在電動狀態時，逆變器從母線上獲取電能;當系統工作在發電狀態時，能量通過母線及回饋裝置直接回饋給電網，以達到節能、提高設備運行可靠性、減少設備維護量和設備占地面積等目的。

　　公共直流母線控制系統通常由整流/回饋單元、公共直流母線、逆變單元、控制單元等組成。回饋單元可分為通過自耦變壓器的能量回饋和不通過自耦變壓器的能量回饋兩種方式。通過自耦變壓器的能量回饋可提高回饋支路中的電源電壓，目的是在能量回饋過程中不必降低中間回路電壓，使得逆變器能夠獲得一個較恒穩的直流電源;不通過自耦變壓器的能量回饋實際上是保持系統一直處在回饋狀態，在整流過程中依靠持續降低具有相角控制的中間回路的電壓來實現。

圖1 ACS800多傳動系統的組成

　　多傳動控制技術適用于很寬的功率范圍，可滿足各種應用;采用公共DC母線為基礎的模塊式結構可以組建經濟、有效的系統結構。ACS800多傳動系統可以集成到不同的現場總線上。采用DTC的異步電動機交流多傳動系統，在速度/轉矩控制模式下，擁有優異的動態性能及過載能力，功率因數接近于1，無需功率補償設備，從而減小了變壓器容量;由于使用鼠籠式異步電動機，其非電刷-滑環結構，不僅降低了維護費用，而且可實現交流傳動的高效率、高可靠性。ACS800多傳動系統主要由輔助控制單元（ACU）、進線單元（ICU）、晶閘管供電單元（TSU）、直流母線、傳動單元和控制部分等組成，如圖1所示。

　　3. ACS800多傳動系統中的晶閘管供電部分

　　晶閘管供電部分從功能上可以分為三部分:輔助控制單元（ACU）、進線單元（ICU）、晶閘管供電單元（TSU）。ACU包括230VAC（115VAC）輔助電路（啟動開關、急停開關、繼電器、230V電路的保護開關）和TSU I/O電路板; ICU主要為主斷路器（包括分斷設備、負載電流ON/OFF開關、du/dt濾波器）; TSU包括晶閘管整流橋（正橋）、晶閘管逆變橋（反橋）和中間回路的直流電抗器。系統架構如圖2所示。

圖2定尺剪系統架構構成

　　3.1 晶閘管供電單元的主電路

　　晶閘管供電單元主電路包括兩個六脈波的晶閘管變流橋，整流橋（正橋）和反并聯的逆變橋（反橋），將三相AC電源轉換成DC電源，然后通過中間的直流母線將電能輸送給傳動部分（即逆變器）。直流電抗器（中間電路電抗器）是為了使輸出直流電流平波。當功率容量大于525kVA，如果不需要較大的制動功率，逆變橋的容量可以比整流橋的容量小一檔。無論何時需要將電機制動能量回饋給電網時，反橋就會將直流電轉換成交流電。

　　3.2 自耦變壓器

　　在電網較弱、電源電纜很長、需要很高的制動功率和需要快速轉換到制動狀態時，以及軋機、剪刀機和輥道等使用場合，為提高晶閘管有源逆變橋的換流能力，需安裝自耦變壓器， 自耦變壓器可以將有源逆變橋的電壓提高20%，以提高逆變橋的換流能力和抗電源電壓脈動的能力，使其在制動時，直流側的電壓保持在100%的水平。

　　3.3 晶閘管供電單元的控制

　　在某一時刻僅有一個橋工作，而另一個橋必須處于封鎖狀態。觸發角自動進行調整從而保證中間直流電路的電壓處于比較穩定的水平。正/反橋的選擇和中間直流電路電壓的控制是建立在供電電壓、供電電流以及中間直流電路的電壓測量的基礎上的。觸發角控制取決于DC電壓和電流測量值，每60°為一個導通周期。晶閘管的換向重疊角并不是一個常數，在電流連續再生制動情況下，觸發角取決于導線電感和換流時的直流電流。

　　3.4 晶閘管變流橋變換邏輯

　　晶閘管變流橋變換邏輯的原則是:

　　（1） 當出現以下情況時, 由正橋切換到反橋:

　　正向電流低于正向電流限幅值，并且TSU直流電壓Ud（在直流電抗器之前）超過直流參考電壓Udref與20.02 UC DIFF REV（中間電路正向額定直流電壓的百分數）之和。

　　（2） 當出現以下情況時, 由反橋切換到正橋:

　　反向電流低于反向電流限幅值，并且TSU直流電壓Ud小于直流參考電壓Udref與20.01 UC DIFF FWD（中間電路反向額定直流電壓的百分數）之差。

　　4 .ACS800多傳動系統中的傳動部分

　　傳動部分包括逆變器單元、DC熔斷器或一個帶充電回路的熔斷開關、CDP312R控制盤等。傳動單元包括逆變器、冷卻風機、傳動控制單元、可選脈沖編碼器接口模塊RTAC-01和PROFIBUS適配器RPBA-01等。逆變器單元由IGBT輸出橋組、電容、電流互感器、NINT主電路接口板、NPOW電源板等組成，它用來將中間回路直流電壓轉換為可控的交流電壓。

　　4.1 IGBT逆變器的主電路

　　IGBT逆變器的主電路包括6個帶續流二極管的IGBT和直流電容，這6個帶續流二極管的IGBT集成一個單一的功率板。供電單元通過直流母線給逆變器供電。逆變器也能從直流母線獲得控制板的電壓和I/O板的輔助電壓。各逆變器的急停信號來自輔助控制單元，并有急停應答信號回饋輔助控制單元。

　　4.2 傳動控制單元（RDCU-01）

　　傳動控制單元RDCU-01,包括應用程序與電機控制板NAMC-22和標準I/O板RIOC-01。NAMC-22是控制逆變器的核心模塊。從其控制面板接口使用專用電纜可與CDP-312R控制盤連接，通過5個光纖通訊通道（1個PPCS通道、4個DDCS通道）對逆變器進行調試、控制。X3（控制面板接口、CONTROL PANEL），NAMC-22板從該接口使用符合RS-485數據傳送標準的專用電纜與CDP-312R控制盤連接，利用CDP-312R控制盤對逆變器進行調試、參數設定、故障復位等操作和實際值顯示、故障監控等功能。INI（INVERTER、Drive、逆變器光纖通道），通過光纖PPCS（功率板通訊系統，專用于ABB傳動系統）通訊通道與逆變器內部的NINT主電路接口板連接，最終由NINT主電路接口板產生觸發脈沖控制逆變器。

　　4.3電機控制方案和控制模式

　　本系統只使用了主控制字MCW中的B0、B3、B4、B5和B6，主狀態字MSW中的B0、B1、B2和B3，輔助狀態字中的B11。主控制字中的B0為ON信號，當MCW B0=1時，準備接通，當MCW B0=0時，不準備接通; 主控制字中的B3為RUN信號，當MCW B3=1時，進入RDYREF狀態（允許運行），當MCW B3=0時，自由停車; 主控制字中的B4為RAMP_OUT_ZERO信號，當MCW B4=1時，無動作，當MCW B4=0時，強制速度積分的輸出為零;主控制字中的B5為RAMP_HOLD信號，當MCW B5=1時，無動作，當MCW B5=0時，停止速度積分;主控制字中的B6為RAMP-IN-ZERO信號，當MCW B6=1時，無動作，當MCW B6=0時，強制速度積分的輸入為零。主狀態字中的B0為RDYON信號，當MSW B0=1時，準備接通，當MSW B0=0時，不準備接通; 主狀態字中的B1為RDYRUN信號，當MSW B1=1時，準備，當MSW B1=0時，不準備; 主狀態字中的B2為RDYREF信號，當MSW B2=1時，允許運行（RUNNING），當MSW B2=0時，禁止運行; 主狀態字中的B3為TRIPPED信號，當MSW B3=1時，為故障狀態。系統上電后，在MCW的B4和B5均為1的情況下，如控制端子DI2=1，通過MCW的B0、B3和B6啟/停電機，其中，MCW的B6起到接通/斷開給定信號通道的作用; 當MCW的B0=B3=B6=1時，電機啟動; 要使電機正常停止，應首先使MCW的B6=0，以切斷給定信號，使ASW的B11=1，然后，通過ASW的B11=1，使MCW的B3=0、MCW的B0=0，使電機停止; 如果直接使MCW的B0=0，則會造成電機急停，各逆變器的參數21.04（EME STOP MODE）均設為STOP RAMPING。當MSW的B0=1、MCW的B0=1、MSW的B1=1、MCW的B3=1時，電機開始運行; 當MCW的B0=1、MCW的B3=1時，使MSW的B2=1，則進入運行狀態。當MSW的B3=1時，系統處于故障狀態。

　　4.4主/從控制負荷平衡

　　主/從應用宏主要用于電機軸通過齒輪、鏈條、皮帶輪等耦合的系統中。主機通過一條光纖串行通信連接控制著從機。主機是典型的速度控制，其他的傳動系統跟隨它的轉矩或轉速。當主機的電機軸和從機的電機軸通過齒輪或鏈條等剛性耦合并且它們之間沒有轉速差時，從機采用轉矩控制。主/從傳動系統通過DDCS板的CH2進行連接。在通訊中，一個傳動系統可以被設置為主機或者從機。通常情況下，速度控制的主傳動系統被設置成通訊主機。連接是通過上位機系統中的應用程序來配置的（參數70.08 CH2 M/F MODE）。在主傳動系統中，通過參數70.08 CH2 M/F MODE選擇主機為主傳動模式，給定轉矩源地址2.10 TORQ REF 3由參數70.11 MASTER REF3定義。如果通過參數70.08 CH2 M/F MODE選擇從機為從傳動模式，則主機的2.10 TORQ REF3通過數據集41被發送到從機的25.01 TORQUE REF A中，作為從機的轉矩給定信號。本系統使用的主/從傳動中，從傳動系統采用轉矩控制，接收從主傳動系統來的轉矩給定。在主/從傳動系統中，只有主傳動系統有轉速環，因此，此轉速環為主/從傳動系統的共用轉速環。

　　5.ACS800多傳動系統傳動部分的調試

　　5.1 建立電機模型 變頻器DTC控制需要精確的電機模型，ACS800多傳動系統逆變器具有獨特的電機辨識功能，在辨識運行中，將通過監測電機對所施加的電源的響應建立精確的電機模型，辨識電機的特性以尋找最優的電機控制策略。將電機的基本數據輸入到逆變器后，以手動方式啟動電機ID辨識運行。在電機辨識運行期間，ACS800將識別電機特性，便于電機的優化控制。電機運行速度將達到額定速度的50%～80%。在完成電機的辨識運行前，要確保電機的安全運行。選擇標準辨識，將機械設備與電機分離;檢查電機的啟動是否會引起危險; 啟動電機; 在辨識運行完成后，電機停止; 當辨識運行成功完成。

　　5.2調試結果

　　經調試，各臺電機啟/停自如，動、靜態性能良好。定尺剪機組各部分聯鎖、工作情況和系統指標、鋼板剪切質量和剪切速度均達到設計要求。

　　6 結束語

　　ABB公司的ACS800多傳動系統具有的高品質，以及與鼠籠式異步電動機相結合，實現了交流傳動的高效率、高可靠性。定尺剪機組及相應的板邊剪切機、冷床和輥道投用后，從而加快了鋼板剪切速度，進一步提高了產品質量和產量。

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