1 250 mm平整機(jī)傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄒 珩，趙光明（天津冶金軋一鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300270）

1 250 mm平整機(jī)傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鄒 珩，趙光明
（天津冶金軋一鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300270）

為滿足1 250 mm平整機(jī)組生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)布置要求，采用西門子高精度SINAMICS S120交流變頻技術(shù)取代了原有的直流傳動系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了1 250 mm平整機(jī)傳動控制系統(tǒng)，保證了平整機(jī)高精度軋制生產(chǎn)節(jié)奏的連續(xù)性，節(jié)能高效，運(yùn)行可靠，提高了生產(chǎn)效率。

平整機(jī)；交流變頻技術(shù)；直流傳動系統(tǒng)

1 引言

平整機(jī)要求電氣傳動系統(tǒng)具有高精度快速的動態(tài)響應(yīng)和低轉(zhuǎn)矩大力矩的特點(diǎn)，在所有的調(diào)速范圍內(nèi)都輸出良好的轉(zhuǎn)矩特性。在這一領(lǐng)域一直長期被直流調(diào)速系統(tǒng)所占據(jù)，但直流調(diào)速系統(tǒng)也存在其不足，由于直流電機(jī)碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生火花、碳粉，因此除了會造成組件損壞之外，使用場合也受到限制，造成維護(hù)成本很高，無法滿足大型平整軋制生產(chǎn)線的應(yīng)用條件。隨著矢量控制技術(shù)在理論和實(shí)際應(yīng)用中的日趨成熟，交流傳動控制系統(tǒng)已經(jīng)在大型平整軋制生產(chǎn)線上廣泛使用，交變頻技術(shù)已開始取代直流調(diào)速系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

2.1 交流傳動系統(tǒng)基礎(chǔ)配置

平整機(jī)組整個傳動系統(tǒng)采用西門子全新一代全數(shù)字式交-直-交變頻器SINAMICS S120進(jìn)行調(diào)速控制，高性能工藝控制器（西門子SIMATIC TDC）及PLC可編程系統(tǒng)組成。西門子SIMATICTDC主速度CPU負(fù)責(zé)通過profibus-DP與西門子SINAMICS S120傳動裝置通訊。通過一個CP50M0 的profibus-DP總站，CPU發(fā)送控制字、速度和張力參數(shù)到傳動，并從傳動接收主要信息（故障、實(shí)際角速度、實(shí)際扭矩、狀態(tài)字等），同時使用CP50M0的其它總站，CPUs CPU551與PLC系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。與PLC的通訊也可使用以太網(wǎng)卡CP5100來建立。

2.2 主傳動概述

西門子SINAMICS S120的全數(shù)字交流變頻調(diào)速傳動裝置采用三電平PWM脈寬調(diào)制，全數(shù)字矢量控制的整流裝置和逆變器構(gòu)成的傳動系統(tǒng)。采用共同直流母線的控制模式。

2.3 主傳動電機(jī)控制原理及參數(shù)

主傳動電機(jī)分為兩組，分別由兩路進(jìn)線斷路器和兩個整流單元供電。兩個整流單元分別將進(jìn)線斷路器的690 V交流電源整流成930 V直流電源提供到直流母線上作為逆變器的輸入端，再由逆變器將930 V直流電源逆變成交流電源，輸出給主傳動電機(jī)對其進(jìn)行變頻調(diào)速控制，主傳動電機(jī)采用鼠籠型三相異步電動機(jī)，由電機(jī)自帶的編碼器來將速度反饋信號傳送到編碼器模塊SMC30，通過Drive-CLiQ通訊電纜把速度信號傳送到CU320中進(jìn)行速度閉環(huán)邏輯控制，電機(jī)風(fēng)機(jī)由PLC發(fā)出電機(jī)運(yùn)行使能信號，對風(fēng)機(jī)接觸器進(jìn)行聯(lián)鎖控制。電機(jī)數(shù)據(jù)見表1。

表1 電機(jī)數(shù)據(jù)表

2.4 整流裝置

該交流傳動系統(tǒng)采用西門子SINAMICS S120的裝機(jī)裝柜型智能整流模塊（SLM）作為整流裝置。

智能整流模塊（SLM）的主要特點(diǎn)：

智能整流模塊（SLM）是無調(diào)節(jié)供應(yīng)/回饋單元（用于進(jìn)線供電二極管橋；線路整流回饋通過IGBTs）帶50%再生回饋能量。智能整流模塊（SLM），電動狀態(tài)時，給直流母線提供電能；再生模式時，它把直流電能回饋到三相電力系統(tǒng)。

供應(yīng)電壓：660 V÷690 Vac，±10%（-15%＜1 min）。

輸出直流母線電壓：大約1.35×線電壓；

額定頻率：50/60 Hz（±6%）。

2.5 逆變裝置（電機(jī)模塊）

電機(jī)模塊是一個IGBT橋DC/AC（逆變器）連接到由智能線路模塊供電的公用直流母線上。

電機(jī)模塊的主要特點(diǎn)：

電機(jī)（變頻）電纜與電機(jī)模塊下的端子排相連；

直流總線的制動裝置包括連接到電機(jī)模塊上的直流端子；

輔助母線排用于24 V電源和風(fēng)扇電源；

輸出電壓：0.67×dc link電壓；

輸出頻率：0～300 Hz；

脈沖頻率：1.25 kHz；

基本負(fù)載電流IH：0.91×額定輸出電流；

短時電流：1.36×額定輸出電流用60 s；

周期：300 s；

過載持續(xù)時間：60s（20%周期時間20%）；

效率：≥96%；

與CPU CU320通信：由DRIVE-CLiQ；

編碼器/（電機(jī)繞組）溫度傳感器接口：用于HTL/TTL編碼器和KTY84-130熱敏電阻器的SMC30卡。

2.6 IGBT整流與逆變器的主要構(gòu)成

線路連接模塊（主斷路器）：連接智能線路模塊（整流單元）給進(jìn)線（直流母線）供電。智能線路模塊通過預(yù)先裝配好的一組直流母線與帶不同額定電流值的電機(jī)模塊（逆變器）連接。

智能線路模塊：是無調(diào)節(jié)供應(yīng)/回饋單元（用于進(jìn)線供電二極管橋；線路整流回饋通過IGBTs）帶50%再生回饋能量。智能線路模塊，電動狀態(tài)時，給直流母線提供電能；再生模式時，它把直流電能回饋到三相電力系統(tǒng)。

電機(jī)模塊：是一個IGBT橋DC/AC（逆變器）連接到由智能線路模塊供電的公用直流母線上。

控制單元：由一定數(shù)量CPU CU320組成。CU320是一個通訊（功能）完善的CPU，可用于一個或多個電機(jī)模塊和智能線路模塊的開環(huán)和閉環(huán)控制功能。

2.7 傳動設(shè)備的調(diào)試與維護(hù)

Simatic starter軟件是西門子專為SINAMICS S120系列傳動系統(tǒng)裝置的調(diào)試維護(hù)工具。它可用于M440，G110，G150等傳動設(shè)備。

3 系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果

該交流傳動系統(tǒng)不僅繼承直流調(diào)速的優(yōu)越的性能，還具有更多優(yōu)于直流傳動的特點(diǎn)。

節(jié)能高效，以該傳動系統(tǒng)為1 250 mm平整機(jī)

的軋機(jī)，張力輥，開卷取電機(jī)共合計(jì)功率3 280 kW電機(jī)提出的傳動方案為例，交流比直流年節(jié)電158 萬kW·h/年，折合13萬元/年。

體積小、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小。1 250 mm平整機(jī)改為交流傳動后，電機(jī)容量加大35%，而轉(zhuǎn)動慣量僅為直流機(jī)的1/5，使傳動系統(tǒng)得到更快的動態(tài)響應(yīng)，加快了平整機(jī)的軋制節(jié)奏，提高產(chǎn)量。1 250 mm平整機(jī)電機(jī)改造后綜合經(jīng)濟(jì)效益提高了40%。

功能全面，性能優(yōu)越，SINAMICS S120控制單元采用CU320全數(shù)字控制系統(tǒng)，具有豐富、全面的控制、監(jiān)視及故障診斷功能，并且由于應(yīng)用了矢量控制技術(shù)、使該系統(tǒng)具有優(yōu)越的控制性能，充分滿足了生產(chǎn)工藝對帶材精軋機(jī)組主傳動系統(tǒng)的要求。

操作簡單、運(yùn)行可靠，電機(jī)甚至可以直接安裝在軋機(jī)旁。1 250 mm平整機(jī)改造后，產(chǎn)量提高30%，維護(hù)人員減半，每年可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用20萬元。

4 結(jié)束語

交流傳動系統(tǒng)具有以上優(yōu)點(diǎn)，該傳動系統(tǒng)受到世界軋鋼工業(yè)和傳動設(shè)備制造業(yè)的極大關(guān)注。世界著名電氣傳動設(shè)備制造商都投入大量人力物力財(cái)力研發(fā)大型平整軋制生產(chǎn)線的交流傳動控制系統(tǒng)。目前為止，大型軋制生產(chǎn)線的主傳動系統(tǒng)，幾乎全部采用交流變頻傳動控制系統(tǒng)。現(xiàn)階段大型軋制生產(chǎn)線要求其主傳動系統(tǒng)具有節(jié)能，高效，可調(diào)的轉(zhuǎn)矩限幅，較高功率因數(shù)，降低對電網(wǎng)的污染，采用回饋電能的智能整流模塊等特點(diǎn)正逐步成為平整機(jī)傳動系統(tǒng)的主流。

［1］張皓，續(xù)明進(jìn)，楊梅.高壓大功率交流變頻調(diào)速技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］呂汀，石紅梅.變頻技術(shù)原理及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［3］石磊.電氣自動化控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì) ［J］.黑龍江科技信息，2011 （20）：61.

Design and Application of Drive Control System for 1 250 mm Leveler

ZOU Yan and ZHAO Guang-ming
（Tianjin Metallurgy Zhayi Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300270，China）

In order to meet the requirement of structure arrangement of 1 250 mm leveler production line，SINAMICS S120 AC frequency conversion technique with high precision was adopted to substitute original DC drive system and the drive control system for 1 250 mm leveler designed.The continuity of the production pace of leveler high precision rolling was ensured with saved energy and high efficiency.The equipment ran reliably and productivity was improved.

leveler；AC frequency conversion；DC drive system

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.015

2015-12-13

2016-01-02

鄒珩（1986—），男，本科，主要從事電氣設(shè)備維護(hù)管理工作。