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0、概述

    安陽鋼鐵集團公司高速線材軋機于2000年7月建設，北京冶金設計院負責其工廠設計和工藝流程的布局，電氣控制部分由北京金自天正智能控制股份有限公司完成。集卷站控制采用公共直流母線方案：系統經一個公共的整流/回饋單元，整流后通過直流母線可以驅動若干臺逆變器。電機制動時產生的能量經過直流母線可以自動均衡，供給電動狀態的電機使用，這樣從電網吸收的電能可以減少，比起傳統的變頻器系統進一步節能。

          圖1帶整流回饋單元及直流母線的變頻器系統

1  集卷站系統組成及控制回路

    高速線材機組單體最復雜的設備―集卷站的控制主要是邏輯聯鎖和順序控制，主要包括：

1)集卷筒：隔板裝置的打開／閉合控制；集卷筒升／降和高度控制；空氣吹掃裝置控制。

2)線圈底盤：線圈底盤升／降和高度控制；集卷室門開／閉控制。

3)雙芯棒：雙芯棒旋轉控制；內芯棒升／降和高度控制。

4)運卷小車：運卷小車行走控制；運卷小車升／降和高度控制。

5)盤卷對中控制：壓緊裝置控制。

    根據以上控制要求，傳動裝置的上位控制器選用西門子S7-400系列PLC。PLC主要通過PROFIBUS-DP網實現對傳動裝置的控制和監測。傳動系統的可逆整流器和逆變器均配有CBP2通信板。主板上有兩個串行通信口，用于與手操器、計算機（帶SIMOVIS軟件）或上位機通信。使用USS協議，通信總線最高可帶31個從站，通信速率最高可達38.4Kb/s。在PROFIBUS-DP網上，整流器和逆變器作為從站通過CBP2板實現與主站PLC之間快速、準確的數據傳遞。PLC與裝置之間通信的數據結構為PPO（參數過程數據體）形式。PLC依次可以向每臺裝置發送6個過程數據字，再從裝置接受6個過程數據字。通過過程數據字，PLC將各裝置的起、停命令等邏輯控制量和速度給定、力矩給定等數字控制量作為過程數據傳給調速裝置，而整流器和逆變器通過CBP2板將直流母線的電壓、電流等、電機的實際轉速、力矩、輸出電壓、電流以及調速裝置的狀態字等過程數據傳送到PLC。實現邏輯聯鎖和順序控制

2   主回路配置

    根據出口處傳動系統特點，我們采用了共用DC母線方式的變頻器多機傳動系統。全數字交流變頻調速系統主回路由進線電抗器，可逆整流器，自耦變壓器，逆變器，輸出電抗器和三相異步交流電動機，脈沖編碼器組成（如圖1所示）。系統共用1套可逆整流裝置及公共直流母線，取消了能耗制動單元。在正常工作時集卷站的整流逆變單元處于整流工作狀態，即能量回饋到直流母線上，而其他逆變器則均處于逆變工作狀態，將直流母線上的電能輸送到對應的電機中。這樣通過直流母線實現了逆變器之間以及逆變器和整流器之間的能量交換；將處于整流狀態的整流逆變單元發出的電能通過直流母線輸送到其他處于逆變狀態的逆變器中，若逆變器逆變所需的總能量大于逆變器整流發出來的總能量時，可通過整流器從電網補充電能；反之，利用可逆整流器將電能回饋給電網。這樣將原本需通過能耗制動器消耗的電能用于驅動其他電機或回饋到電網，大幅度地節省了電能。自耦變壓器將可逆整流器逆變產生的電流經過電壓提升，回饋給電網。整流逆變單元為交流變頻調速系統的核心裝置，其他全部選用矢量控制型逆變器。每套逆變器裝置均用脈沖編碼器測量電機轉速，構成閉環速度控制系統。每臺逆變器與電機之間均配有輸出電抗器，以防止逆變器輸出電壓的dV/dt太大對交流電機產生不良影響。

安鋼高線采用了DC母線下的6SE70變頻器多機交流傳動系統。整流回饋單元采用是輸入380~460V，輸出510~620V寬電壓范圍的整流裝置。本系統輸入400V，輸出510V。雙臂芯棒的旋轉傳動裝置與線卷運輸車傳動裝置都采用6SE7027-2TD61逆變器；傳動方案為編碼器矢量控制方案。雙臂芯棒電動機型號規格為9VL 326THTDA8831AA 30KW，制動抱閘是和電動機成套的電磁飽閘，抱閘的控制采用西門子6SE70標準的控制方案；線卷運輸車由一臺YTSP280S-4，30kW電機驅動；線卷托盤升降的傳動裝置采用6SE7031-2TF60逆變器，電動機型號規格為YTSP2804-6,45kW（電動機成套抱閘已拆除不用）;增加制動抱閘型號為：ZWZ-400/500。線環分配器、內芯軸升降分別由一臺5.5kW、7.5kW電機驅動，電動機都由6ES7022-6TC61變頻器單獨傳動；系統中每臺電動機既可以單獨處于電動狀態，又可以單獨處于制動狀態，還可以單獨調速。

3  集中整流-分段逆變應用問題與優點
    調試生產中出現的問題: 速度反饋編碼器連續損壞。大多數現象是編碼器在電機正常使用中工作正常，生產線停機檢修后再次起機時，發現編碼器損壞。最嚴重的一次是托盤電動機輸出軸扭斷，當時現場檢查發現編碼器損壞。6SE70變頻器內的初始化及參數設定不當引起內部熔斷器大量燒毀；硬件故障一般較易排除，而來自于上位機通訊方面的故障相對來說難度較大。在調試中，常因軟件中“本地”和“遠程”兩套參數兩組數據的選擇有誤而不能實現與上位機的通訊，更多者，則是由于通訊光纖的連接不佳造成的光信號散失而造成的通訊失敗。
    共用直流母線可以大大減少整流器和制動單元的重復配置，結構簡單合理，經濟可靠;
此系統具有如下優點:
(1) 正常運行時，可以實現電動機電動狀態和再生制動狀態的能量自動補償。各電動機工作在不同狀態下，能量回饋互補，優化了系統的動態特性;采用直流母線可最好地平衡能量分配。在機組全線制動時，又可將制動能量回饋給電網。
(2) 共用直流母線的中間直流電壓恒定，電容并聯儲能容量大;使供電整流單元的容量和全部系統的供電變壓器的容量選得比較小，設備可得到較高的性能價格比。
(3) 本系統運行以后，提高系統功率因數，降低電網諧波電流，提高系統用電效率。節電≥35%。
(4) 采用直流母線的變頻調速系統后，電動機運行特性較好，電動機的轉速降低，且由于變頻器功能強大，可靠性高，使得機械故障、電器故障減少，設備壽命延長，從而大大減少了設備維修工作量和費用。
(5) 可以協調整條生產線各臺電動機停車。多機傳動系統中每臺單機的再生能量可以被充分利用，多臺變頻器一般不會同時處于制動狀態下，少數制動的逆變器回饋到直流側的能量，可以被正處于電動狀態下的另一些逆變器所吸收。

4  結束語

本系統于2001年5月投入運行以來，運行狀態穩定、可靠，集卷筒內盤卷的收集完全由PLC自動完成，大大降低了工人的勞動強度，提高了自動化水平。同時，由于集卷站集中整流-分段逆變控制精度較高，使得成品收集快，為整個軋線軋制速度的提高解除了后顧之憂，從而保證了產量的大幅度提高。目前，安鋼高線年產量已達到60萬t，取得了良好的經濟和社會效益。

參考文獻：

[1] 安鋼高線電氣控制說明．北京自動化院．2001

[2] 周紹英，儲方杰．交流調速系統。北京．機械工業出版社．1996。