基于6se70變頻器的控制系統(tǒng)在金屬冶煉中的應(yīng)用

秦立峰

（1.河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067000；2.河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

6se70變頻器擁有恒載恒速穩(wěn)速系統(tǒng)，能夠維持一個長期穩(wěn)定的速度。未來幾年，隨著社會文化水平的提高，對金屬材料的需求將會大幅度增長，為提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，人們對熔煉金屬設(shè)備的要求越來越高，需要高精度的電驅(qū)動控制系統(tǒng)與之配合，從而獲得高的穩(wěn)定性和快速的動態(tài)響應(yīng)[1]。為保證金屬冶煉設(shè)備傳輸控制系統(tǒng)的可靠性，良好的控制精度和穩(wěn)定性，本文選用西門子6SE70全數(shù)字多功能矢量控制高精度交流逆變器，采用USS協(xié)作通信方式實現(xiàn)PLC與逆變器的通信功能。

1 基于6se70變頻器的控制系統(tǒng)組成

為獲得高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，金屬冶煉設(shè)備對電氣傳動系統(tǒng)的要求如下：

（1）速度穩(wěn)定性好，設(shè)備運行過程能夠平穩(wěn)升降。為了穩(wěn)定熔煉金屬的質(zhì)量，要求熔煉設(shè)備的穩(wěn)定速度精度在±10%～15%之間波動。

（2）冶金設(shè)備配有數(shù)位串并聯(lián)調(diào)速鏈調(diào)整，使各支路速度按比例協(xié)調(diào)同步增減速度，速度比可調(diào)且穩(wěn)定，速度差的變化在一定范圍內(nèi)不會引起質(zhì)量的突變。

（3）對金屬而言，速度差主要影響冶煉后的金屬重量，將誤差控制在0.1%以內(nèi)，以防止金屬熔融脫出。

（4）支點具有加速上升和下降的作用，具備必要的顯示功能，例如線路速度，電流或扭矩，返回信號，故障信號等。

（5）主支路和輔支路的聯(lián)接工作和負荷的自動平衡調(diào)節(jié)。傳動部件如壓機部件、導(dǎo)絲部件等剛性連接或軟連接，其直徑可動態(tài)調(diào)節(jié)。

可編程控制器通過西門子USS協(xié)議、RS485網(wǎng)絡(luò)和變頻器，實現(xiàn)速度鏈功能，速度差控制。

6SE70全數(shù)字交流/直流電壓型變頻器采用IGBT主開關(guān)控制逆變器，驅(qū)動性能好，采用先進的控制策略，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁場矢量控制，實現(xiàn)了電機參數(shù)自動識別、參數(shù)調(diào)節(jié)自動優(yōu)化和故障診斷，該系統(tǒng)具有靜態(tài)和動態(tài)性能可比的直流調(diào)速系統(tǒng)。高級控制軟件能保證最優(yōu)的動態(tài)響應(yīng)，優(yōu)良的控制性能，變頻器采用多功能模塊和BICO技術(shù)，可靈活地實現(xiàn)多種控制功能。加入USS協(xié)議后，變頻器可以通過兩個基本的串口接口進行通信。通訊接口可實現(xiàn)通訊控制設(shè)備之間的通訊。

利用西門子6SE70的矢量控制功能，實現(xiàn)了不同電機的高精度矢量控制，PG型矢量控制方法尤其具有極高的速度控制精度和啟動轉(zhuǎn)矩。采用PLC實現(xiàn)了速度控制、鏈條控制、自動加料、差速控制、張力控制等電教應(yīng)用。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計及功能實現(xiàn)

該控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計原則如下：

（1）程序采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，即負荷分配、增載減載、初始化、速比計算、驗證、數(shù)據(jù)傳輸、接收等被稱為子程序。

（2）采用循環(huán)掃描程序處理傳輸點，簡化程序，提高程序執(zhí)行效率。

（3）使用中斷子程序收發(fā)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、快速地傳送。

（4）設(shè)定必要的軟件保護措施，避免重大機械損壞。

本文設(shè)定的程序通用性強，可移植性好。在使用不同的反相器時，只需定義對應(yīng)的協(xié)議格式，即對數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和驗證程序的相應(yīng)修改足以滿足速度鏈設(shè)計和冶金設(shè)備運行的速度差控制。

利用二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法實現(xiàn)速度鏈結(jié)構(gòu)下的數(shù)據(jù)傳輸功能，先對每一個傳輸點的位置進行數(shù)學(xué)抽象，確定速度鏈中每一個傳輸點的數(shù)目，然后填充位置寄存器的值，傳輸點速度給定給逆變器后，進入位置寄存器，確定子寄存器節(jié)點數(shù)量。

采用控制方法，通過算法設(shè)計來調(diào)節(jié)比例。冶金設(shè)備的第二加壓點是速度鏈的主要節(jié)點，它的速度決定了冶金設(shè)備的整體運行速度，采用PLC控制，通過通訊檢測到調(diào)速信號，改變調(diào)速單元的速度值，并發(fā)送給傳動網(wǎng)絡(luò)、吸氣裝置、真壓裝置和壓力分區(qū)。

在PLC檢測到按鈕信號后，調(diào)整轉(zhuǎn)換率以適應(yīng)傳輸點。軟件實現(xiàn)采用了主鏈和子鏈相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，使傳遞點在子鏈結(jié)構(gòu)上合理分組，動態(tài)調(diào)整負載不影響其它傳遞點的狀態(tài)。

各種冶金設(shè)備運行條件要求設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。為實現(xiàn)逆變器的功能，對其參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)置擔(dān)保，6SE70逆變器的參數(shù)選擇應(yīng)按照說明書中的配置圖進行。

3 基于6se70變頻器的控制系統(tǒng)應(yīng)用效果驗證

為驗證6se70變頻器的控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，設(shè)定對比實驗，選用增加6se70變頻器前后的冶金設(shè)備進行對比。得到的冶煉速度實驗結(jié)果如下圖1所示：

圖1 冶煉速度實驗結(jié)果

根據(jù)圖1可知，當(dāng)冶煉金屬質(zhì)量為28kg時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備工作時間是28s，增加6se70變頻器后的金屬冶煉設(shè)備工作時間是8s；當(dāng)冶煉金屬質(zhì)量為30kg時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備工作時間是31s，增加6se70變頻器后的金屬冶煉設(shè)備工作時間是13s；當(dāng)冶煉金屬質(zhì)量為32kg時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備工作時間是41s，增加6se70變頻器后的金屬冶煉設(shè)備工作時間是18s；當(dāng)冶煉金屬質(zhì)量為34kg時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備工作時間是55s，增加6se70變頻器后的金屬冶煉設(shè)備工作時間是36s；當(dāng)冶煉金屬質(zhì)量為36kg時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備工作時間是70s，增加6se70變頻器后的金屬冶煉設(shè)備工作時間是60s。

控制效果如下圖2所示：

圖2 控制準(zhǔn)確率

根據(jù)圖2可知，當(dāng)控制時間為2分鐘時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為20%，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為35%；當(dāng)控制時間為2分鐘時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為35%，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為20%；當(dāng)控制時間為4分鐘時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為40%，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為22%；當(dāng)控制時間為6分鐘時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為48%，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為26%；當(dāng)控制時間為8分鐘時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為56%，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為31%；當(dāng)控制時間為10分鐘時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為62%，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為35%；當(dāng)控制時間為12分鐘時，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為70%，增加6se70變頻器前的金屬冶煉設(shè)備控制效果準(zhǔn)確率為40%。由此可見，引入6se70變頻器后金屬冶煉效果更好，設(shè)備的控制能力更強，可以在短時間內(nèi)達到令人滿意的程度。

4 結(jié)語

通過豐富的參數(shù)配置和附加的各類通訊板卡，西門子6SE70變頻器可以與PLC進行通訊，并能協(xié)同工作，滿足中、高速冶金設(shè)備大傳動比變化和高穩(wěn)精度控制性能要求。6SE70變頻器性能穩(wěn)定、速度穩(wěn)定精度高、動態(tài)響應(yīng)好，可滿足或超過現(xiàn)場工藝要求。