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    摘 要：隨著現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)型鋼的品種、規(guī)格和產(chǎn)量的要求日益增高。在我國，連軋中型鋼材生產(chǎn)單位屈指可數(shù)，軋機(jī)采用交流電機(jī)的更是少之又少，但在型材的生產(chǎn)中軋機(jī)占有重要位置，交流電動(dòng)機(jī)本身有著直流電動(dòng)機(jī)不具備的優(yōu)點(diǎn):沒有電刷和換向器，結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、經(jīng)濟(jì)可靠，但因?yàn)榻涣麟妱?dòng)機(jī)是一個(gè)多變量、強(qiáng)禍合、非線性的時(shí)變系統(tǒng)，調(diào)速比較困難，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論引人，交流調(diào)速系統(tǒng)的得以應(yīng)用。

　　Abstract:Promptness develops , the breed , specification and the output request to section steel increase gradually height with modernizing industrial technology‘s. The productive establishment is very few in our country , including rolling medium-sized steels , that the rolling mill adopt an AC dynamo‘s is very few more , the rolling mill occupies important location , the alternating-current motor has the merit that direct current motivation does not have per se but in the section bar childbirth: Without brush and commutator, structure stands wear and tear simple , firm , economy is reliable, system , speed regulation are comparatively difficult but because of the alternating-current motor changes when being a multivariate , strong the misfortune small side door , nonlinearity , manage to apply with the fact that develop and in miniature prompt electric power electron technology computer cntrol technology and modern control theory attracting person , exchanging speed regulation systematically.

　　關(guān)鍵字：變頻器 主傳動(dòng) 矢量控制 西門子

　　Key words: The frequency transformer host drive vector controls Siemens

　　一、 引言

　　宣鋼連軋中型廠屬于全國僅有的幾家中型材熱連軋企業(yè)之一，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)70萬噸/年。主要產(chǎn)品有角鋼、槽鋼、工字鋼、圓鋼及礦用U型鋼等。其中主傳動(dòng)使用的是西門子6SE70系列變頻調(diào)速裝置+上海電機(jī)廠的交流異步電動(dòng)機(jī)。具有故障率低，調(diào)速精度高，保護(hù)功能多，無沖擊起動(dòng)和軟停機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，交-直-交變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)方案通常采用通用型變頻調(diào)速裝置（變頻器或逆變器）+交流異步電動(dòng)機(jī)。通用型變頻調(diào)速裝置的特點(diǎn)是其逆變功率器件采用IGBT,主回路采用兩電平PWM調(diào)制，控制回路采用矢量（VC）控制或標(biāo)量（即V/F）控制。交流變頻調(diào)速器是一種應(yīng)用矢量控制原理，采用模塊化結(jié)構(gòu)，集數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)于一體的智能型交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置。

　　二、變頻調(diào)速在主傳動(dòng)控制上的應(yīng)用

　　1）軋鋼企業(yè)中對(duì)軋機(jī)的控制尤為重要，軋機(jī)控制特點(diǎn)主要是當(dāng)軋機(jī)啟動(dòng)與咬鋼時(shí)電流突然加大，而在空載時(shí)電流相對(duì)比較穩(wěn)定。軋機(jī)啟動(dòng)與咬鋼是個(gè)加速過程。一旦驅(qū)動(dòng)電流克服了這種大慣性負(fù)載而起動(dòng)起來，維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的驅(qū)動(dòng)能量及轉(zhuǎn)矩就很小了，可以根據(jù)所需的速度隨時(shí)調(diào)整。

　　2）變頻器的選擇。

　　根據(jù)軋機(jī)的工作情況，變頻器采用交-直-交變頻調(diào)速裝置。供電方式采用整流裝置直流母線+逆變器+回饋單元，本系統(tǒng)中10#——-13#軋機(jī)為兩臺(tái)1500KW整流單元12脈沖運(yùn)行方式外，其余各區(qū)域均采用兩臺(tái)1500KW的整流單元6脈沖主從的并聯(lián)運(yùn)行方式，整流器的作用是將定額定壓的交流整流為直流，為逆變器提供直流電源，它通過電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器及移相觸發(fā)器給出處罰脈沖信號(hào)來控制整流器可控硅的控制角a，以改變相應(yīng)的整流電壓和電流。逆變器的作用是將直流調(diào)整成可變頻率的交流，供給交流電動(dòng)機(jī)的變頻電源，見下圖：

　　AC母線電壓經(jīng)過整流單元與逆變單元將整流后的直流電壓轉(zhuǎn)換成電壓和頻率均可變的交流電，送給交流電動(dòng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。

　　由于軋機(jī)屬于頻繁的高低速轉(zhuǎn)換設(shè)備，如果采用制動(dòng)單元方式，就會(huì)把大量的能量消耗在制動(dòng)電阻上，既不經(jīng)濟(jì)又浪費(fèi)能源。而采用回饋單元可以把直流母線上多余的能量逆變?yōu)榻涣麟娀仞伒诫娋W(wǎng)。當(dāng)直流母線電壓超過一定值時(shí)，三相全控晶閘管逆變橋進(jìn)入逆變工作狀態(tài)，將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡?jīng)自藕變壓器回饋至電網(wǎng)。

　　交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由整流、回饋、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制5個(gè)部分組成。此系統(tǒng)的控制精度高，低頻特性好，穩(wěn)定性高，諧波分量低，充分滿足了壓下電機(jī)的控制要求。它的工作原理是將變壓器送人的750 V工頻交流電源經(jīng)整流回饋裝置的正向橋整定為930 V的直流電源輸出到直流母線上，然后再把直流電源通過變頻器轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的690 V交流電源供給軋機(jī)主電機(jī)。而當(dāng)電機(jī)突然制動(dòng)時(shí)，此系統(tǒng)還可以通過整流回饋單元的反向橋經(jīng)自藕變壓器，將能量返回主電網(wǎng)。軋機(jī)主電機(jī)軸端接有增量型編碼器進(jìn)行速度反饋，實(shí)現(xiàn)了矢量控制，保證了軋機(jī)的準(zhǔn)確性。

　　3）采用矢量控制

　　宣鋼連軋中型廠主傳動(dòng)電機(jī)的交-直-交變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的變頻器，選用帶速度傳感器的矢量控制方式，它可以得到很好的異步電機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速技術(shù)性能，由增量型編碼器提供速度反饋信號(hào)給變頻器，定子電流矢量分解產(chǎn)生的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流便可分別加以控制，并分別控制兩分量的幅值和相位。從而的獲到與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)也避免了直流調(diào)速系中直流電動(dòng)機(jī)本身機(jī)械換向問題和在惡劣環(huán)境下的不適用問題。

　　這種控制器的特征是反饋信號(hào)來至控制系統(tǒng)。把反應(yīng)被控制的變量實(shí)際狀態(tài)的反饋信號(hào)與速度給定信號(hào)相減，得到偏差信號(hào)的幅值和相位。由偏差信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的輸入，由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)作為控制系統(tǒng)的輸入，由此可以使偏差信號(hào)減小，提高控制精度。主軋機(jī)的控制主要靠設(shè)定的速度值與實(shí)際反饋的速度值的偏差以及電流環(huán)的變化而做出調(diào)整。其原理框圖如下：

　　4）變頻調(diào)速器與PLC的通訊

　　變頻調(diào)速裝置內(nèi)裝有CBP2通訊板與PLC通過Profibus-DP網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)通訊。在本系統(tǒng)中，S7-400 PLC作為主站，變頻器作為從站時(shí)，主站向變頻器傳送運(yùn)行指令，同時(shí)接受變頻器反饋的運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警狀態(tài)的信號(hào)。變頻器通過CBP2通訊板與PLC模塊相連，接入Profibus-DP網(wǎng)中作為從站，接受從主站SIMATIC S7來的控制。CBP2通訊板將從Profibus-DP網(wǎng)中接收到的過程數(shù)據(jù)存入雙向RAM中，每一個(gè)字都被編址，在變頻器端的雙向RAM可通過被編址參數(shù)排序，向變頻器寫入控制字、設(shè)置值或讀出實(shí)際值、診斷信息等參量。

　　變頻器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)若從軟件角度看，其核心內(nèi)容是現(xiàn)場總線的通訊協(xié)議。Profibus-DP通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)電報(bào)結(jié)構(gòu)分為協(xié)議頭、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和協(xié)議層。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)即PPO包括參數(shù)值PKW及過程數(shù)據(jù)PZD。參數(shù)值PKW是變頻器運(yùn)行時(shí)要定義的一些功能碼;過程數(shù)據(jù)PZD是變頻器運(yùn)行過程中要輸入/輸出的一些數(shù)據(jù)值，如頻率給定值、速度反饋值、電流反饋值等。Profibus-DP共有兩類型的網(wǎng)絡(luò)PPO:一類是無PKW而有2個(gè)字或6個(gè)字的PZD;另一類是有PKW且還有2個(gè)字、6個(gè)字或10個(gè)字的PZD。將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)這樣分類定義的目的，是為了完成不同的任務(wù)，即PKW的傳輸與PZD的傳輸互不影響，均各自獨(dú)立工作，從而使變頻器能夠按照上一級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)的指令運(yùn)行。

　　三、結(jié)束語

　　通過二年交流變頻器成功的使用實(shí)現(xiàn)張力控制系統(tǒng)表明，用西門子SIMOVERT MASTER DRIVE矢量控制系統(tǒng)，大大提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和產(chǎn)品質(zhì)量。SIMOVERT MASTERD RIVE高精度、高質(zhì)量的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)控制效果滿足了型材的生產(chǎn)工藝要求。

　　參考文獻(xiàn)：

　　矢量控制大全（西門子電氣傳動(dòng)）