雙邊剪主電機(jī)同步控制的研究

孫金柱

（秦皇島首秦金屬材料有限公司，河北 秦皇島 064400）

1 概述

圖1為首秦公司軋鋼生產(chǎn)線，滾切式雙邊剪為三軸三偏心，主電機(jī)有4臺，每側(cè)各2臺，電機(jī)功率為380kW，每臺電機(jī)都安裝了脈沖編碼器。移動側(cè)北側(cè)電機(jī)為1＃電機(jī)、南側(cè)為2＃電機(jī)，固定側(cè)北側(cè)電機(jī)為3＃電機(jī)、南側(cè)為4＃電機(jī)。其中3＃電機(jī)為主（master），1＃、2＃、4＃電機(jī)為從（slave）。4臺電機(jī)都采用速度閉環(huán)控制方式，在1＃電機(jī)的逆變器上裝有T400工藝板（角同步控制程序），從而實現(xiàn)角同步控制。

圖1 首秦公司軋鋼生產(chǎn)線

2 主電機(jī)同步控制原理

其控制主要通過SPA440的標(biāo)準(zhǔn)軟件包來實現(xiàn)，此軟件包在T400工藝板上運(yùn)行。T400參數(shù)可以通過STEP7、CFC進(jìn)行在線修改，也可手動通過變頻器PMU進(jìn)行參數(shù)修改，可依據(jù)生產(chǎn)線所需的設(shè)備性能要求對T400參數(shù)隨時進(jìn)行修改，以達(dá)到角同步控制的最優(yōu)控制［1］。

圖2為同步控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。T400工藝板裝在slave drive（對應(yīng)1＃電機(jī)逆變器）逆變器上。其中，n＊為速度給定，為主給定命令，分別給slave drive（從逆變器，帶T400）和master drive（主逆變器）。主逆變器速度的實際值由主電機(jī)脈沖編碼器［2］來檢測，主電機(jī)編碼器直接進(jìn)T400工藝板，從電機(jī)編碼器信號進(jìn)CUVC板，T400與CUVC板之間與速度給定值進(jìn)行比較。

圖2 同步控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

角同步控制系統(tǒng)由一個主變頻器和一個從變頻器或幾個從變頻器組成，同時編碼器的脈沖數(shù)（H011）和同步脈沖數(shù)（H100）的關(guān)系為：如果H011＝1024，那么H100＝4096，同步脈沖數(shù)為編碼器脈沖數(shù)的4倍。角度實際值為0°～360°，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)收到同步脈沖，同時實際位置也在發(fā)生變化。

主、從變頻器同時給定速度，角同步控制是低一級的速度閉環(huán)控制［3］，角同步控制是對主、從變頻器的控制，主、從之間的相對角度位置保持恒定，對于閉環(huán)的同步速度控制，主、從比（master/slave ratio）可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)（最優(yōu)控制在1∶1）。

同步控制系統(tǒng)［4］由于同側(cè)電機(jī)采用剛性連接，因此移動側(cè)電機(jī)（1＃、2＃）為力矩同步，固定側(cè)電機(jī)（3＃、4＃）也是力矩同步，移動側(cè)和固定側(cè)分別通過串行通訊SCB板來實現(xiàn)通訊。3＃電機(jī)逆變器為主傳動系統(tǒng)（master drive），1＃ 電機(jī)逆變器為從控制（slave drive control），工藝板T400裝在slave drive（1＃電機(jī)逆變器）逆變器上。1＃、3＃電機(jī)為速度閉環(huán)控制（P100＝4），通過 T400實現(xiàn)角速度同步控制［5］。

主電機(jī)速度實際值由脈沖編碼器來檢測，主電機(jī)編碼器信號直接進(jìn)入T400工藝板，從電機(jī)編碼器信號通過從逆變器的CUVC板進(jìn)入T400。變頻器和自動化系統(tǒng)通過DP網(wǎng)進(jìn)行通訊，接收自動化系統(tǒng)的控制命令和設(shè)定值，同時向自動化反饋自身的運(yùn)行狀態(tài)。自動化系統(tǒng)給定速度設(shè)定值和同步使能命令，變頻器反饋同步運(yùn)行狀態(tài)。

標(biāo)準(zhǔn)的角同步軟件包功能如圖3所示。閉環(huán)的角同步控制通過工藝板實現(xiàn)，幾個主要環(huán)節(jié)的功能如下：

圖3 角同步軟件包功能

（1）Actual value sensing（實際值檢測）：速度、位置和位置偏差的實際值都是通過計算主從傳動系統(tǒng)的脈沖編碼器的脈沖來實現(xiàn)的。速度實際值檢測通過參數(shù)H010～H013來校準(zhǔn)。H010～H013的含義如下：

H010：編碼器脈沖代碼，從傳動電機(jī)；

H011：編碼器脈沖代碼，主傳動電機(jī)；

H012：給定速度，從傳動系統(tǒng)實際速度；

H013：給定速度，主傳動系統(tǒng)實際速度。

（2）Angular controller（角度控制）：該環(huán)節(jié)包括比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)，針對不同步，主要調(diào)節(jié)比例系數(shù)，適當(dāng)減小比例系數(shù)可以使速度曲線比較平緩，減小振蕩幅值。如果兩側(cè)角度偏差大于設(shè)定值（12°左右），那么主、從兩側(cè)將出現(xiàn)不同步情況，逆變器發(fā)出不同步狀態(tài)的信號，如圖4所示。由于此時不滿足連鎖條件，雙邊剪則自動進(jìn)入準(zhǔn)備剪切狀態(tài)。T400根據(jù)檢測到的角度偏差，通過CUVC來調(diào)節(jié)從電機(jī)的速度，最終使兩側(cè)重新進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)。

3 主電機(jī)不同步故障分析及消除

雙邊剪［6］在剪切過程中兩側(cè)電機(jī)同步運(yùn)行是剪切的重要條件，所謂的同步，就是雙邊剪兩側(cè)電機(jī)角速度的同步控制，也就是兩側(cè)的剪刃剪切時的動作必須一致。如果不同步，則不滿足剪切條件，不能剪切。

不同步的具體表現(xiàn)為在雙邊剪剪切鋼板過程中，移動側(cè)和固定側(cè)出現(xiàn)角度不一致，這時雙邊剪自動進(jìn)入準(zhǔn)備剪切狀態(tài)，即“get ready cut”按鈕燈亮，“cut”按鈕燈滅，兩側(cè)開始找同步的位置，經(jīng)過幾秒的時間，同步后再次進(jìn)入剪切狀態(tài)，即“cut”按鈕燈亮，這時操作工按下剪切按鈕，雙邊剪重新進(jìn)入剪切狀態(tài)，此過程中系統(tǒng)不報故障，不停機(jī)。

圖4 不同步情況

針對雙邊剪主電機(jī)不同步這一故障現(xiàn)象，自動化專業(yè)人員進(jìn)行了現(xiàn)場跟蹤，從程序和PDA系統(tǒng)分別進(jìn)行了分析。從PDA系統(tǒng)分析，得到的移動側(cè)和固定側(cè)的實際位置和實際速度曲線如圖5所示。從圖5可以看出，同步信號間斷，位置出現(xiàn)不同步（兩條曲線沒有重合），同時移動側(cè)為了與固定側(cè)同步，T400調(diào)節(jié)移動側(cè)電機(jī)的速度，從而速度會出現(xiàn)偏差。在間斷時間內(nèi)，兩側(cè)找同步，同步后位置和速度曲線如圖6所示，雙邊剪重新進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài)，這時雙邊剪滿足自動剪切條件，系統(tǒng)允許開始剪切鋼板［6］。

圖5 不同步時移動側(cè)和固定側(cè)的實際位置和實際速度曲線

圖6 同步時移動側(cè)和固定側(cè)的實際位置和實際速度曲線

由于不同步現(xiàn)象的間斷性，沒有故障顯示，給查找故障原因帶來了困難，查看現(xiàn)場設(shè)備的實際運(yùn)行情況，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)移動側(cè)減速箱在轉(zhuǎn)動過程中有異響，并不是連續(xù)的，時有時無，經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員確認(rèn)并經(jīng)過分析是電機(jī)接手在轉(zhuǎn)動過程中發(fā)出的異響，由于移動側(cè)電機(jī)為從，固定側(cè)電機(jī)為主，兩側(cè)出現(xiàn)角度不同步后，T400板調(diào)節(jié)的是移動側(cè)電機(jī)的速度，在瞬時有速度增加或減少過程，因此速度變化相對固定側(cè)來說比較頻繁，從而導(dǎo)致安全接手的磨損量較大。由于接手齒輪磨損量較大，在轉(zhuǎn)動過程中接手齒與齒之間出現(xiàn)間隙，從而導(dǎo)致在某一時刻雙邊剪兩側(cè)出現(xiàn)位置偏差，從PDA系統(tǒng)可以看出，由于出現(xiàn)位置偏差，導(dǎo)致同步使能命令不滿足，從而出現(xiàn)不同步。利用檢修對安全接手進(jìn)行了更換，第一次更換后報警故障次數(shù)明顯減少，陸續(xù)將其他安全接手也進(jìn)行了更換，現(xiàn)在故障基本消除，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

4 結(jié)束語

通過對雙邊剪同步控制原理的分析研究，使設(shè)備管理人員及維護(hù)人員對同步控制有了更加深刻的理解，對故障排查積累了豐富的經(jīng)驗，專業(yè)水平得到了提高，為更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

［1］盧金鐸，劉錦波.雙電機(jī)傳動機(jī)械系統(tǒng)的同步控制［J］.控制工程，2005，12（4）：398－400.

［2］于慶廣，劉葵，王沖，等.光電編碼器選型及同步電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置測量［J］.電氣傳動，2006，36（4）：17－20.

［3］李謙，李永東.三相PWM整流器閉環(huán)控制研究［J］.電氣傳動，2008，37（11）：18－21.

［4］楊晨娜，張怡.雙電機(jī)同步控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真［J］.工業(yè)控制計算機(jī)，2009，22（1）：36－37.

［5］張承慧，石慶升，程金.一種基于相鄰耦合誤差的多電機(jī)同步控制策略［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2007，27（15）：59－63.

［6］吳秀杰，隋冬枝，依鳴浩.滾切式雙邊剪結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計的探討［J］.科技資訊，2009（3）：105－106.