在棒材軋線生產(chǎn)中，冷床設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性及高效性直接影響著整條生產(chǎn)線的運(yùn)行效率及成材質(zhì)量，而酒鋼集團(tuán)山西翼城鋼鐵公司軋鋼分廠冷床移鋼小車原電控系統(tǒng)采用四臺交流智能無觸點(diǎn)控制四臺電機(jī)，同步性差，故障高，為提高該設(shè)備的穩(wěn)定性，特對移鋼小車電控系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造。本文簡述了冷床移鋼小車電控系統(tǒng)變頻改造。
　　摘要：本文簡要介紹了酒鋼翼鋼軋鋼分廠冷床移鋼小車電控系統(tǒng)變頻改造。介紹了變頻改造系統(tǒng)中電機(jī)的選型、變頻器的選型、控制功能及調(diào)試分析
　　關(guān)鍵詞：工業(yè)自動化專業(yè)職稱論文,變頻器,冷床,西門子
　　1 控制工藝
　　翼鋼軋鋼分廠步進(jìn)式冷床主要分為三部分：冷床下料系統(tǒng)、冷床本體和冷床上料系統(tǒng)。棒材自連軋機(jī)軋制后，由倍尺剪剪切信號或熱金屬檢測器檢測到未鋼信號后，經(jīng)過一定的延時時間后觸發(fā)裙板撥料塊動作，將輸入輥道上的棒材翻至冷床上完成冷床下料流程。棒材落至冷床上后，冷床動齒條開始動作，將棒材由第一齒條移至第二齒條，由此不停步進(jìn)經(jīng)過冷床對齊輥道進(jìn)行對齊，最后將棒材運(yùn)至移鋼鏈上。移鋼鏈上的棒材收集到規(guī)定支數(shù)后將棒材快速運(yùn)至移鋼小車上，移鋼小車經(jīng)過上升、前進(jìn)、下降的動作流程將棒材運(yùn)至輸出輥道上，移鋼小車再后退，棒材由輸出輥道運(yùn)至下一工藝環(huán)節(jié)。
　　2 自動控制系統(tǒng)改造方案
　　改造后的自動控制系統(tǒng)采用西門子S7—400PLC控制，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子WINCC。冷床移鋼小車采用西門子6SE70控制。上位機(jī)與PLC之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，變頻器與PLC之間用Profibus—DP通訊，Profibus網(wǎng)絡(luò)及Wincc如圖1、圖2所示：
　　圖1
　　圖2
　　3 變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計
　　3.1 電機(jī)的選型
　　由于本調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計是采用交流變頻傳動方式更新現(xiàn)有的直流傳動方式，直流電機(jī)全部更新為交流電機(jī)。原直流電機(jī)容量為11kW，在軋鋼一線設(shè)計當(dāng)中已考慮電機(jī)余量，因此此次設(shè)計電機(jī)額定功率任為11KW交流電動機(jī)，以滿足負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的要求。我們采用佳木斯電機(jī)廠YGP160L2-4型號的三相交流異步電機(jī)，其額定功率為11kw，額定電流為20A。
　　3.2 變頻器的選型
　　冷床移鋼鏈最重承載螺紋鋼重量達(dá)30噸，屬于大慣量系統(tǒng)，而且冷床移鋼鏈的頻繁啟制動。因此要求電機(jī)以最大允許加速度加速和減速。對于這種大轉(zhuǎn)動慣量沖擊型負(fù)載，在起動和制動的過程中，瞬間轉(zhuǎn)矩可能達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的兩倍以上，在這種情況下充分發(fā)揮電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的過載能力是非常有必要的。而交頻器的電流過載能力通常比電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩過載能力低，因此，按照常規(guī)配備變頻器容量時轉(zhuǎn)矩過載能力不能充分發(fā)揮作用。因此對于對減速時間有要求的大慣量系統(tǒng)，在選擇`變頻器容量時，需要以電機(jī)轉(zhuǎn)矩過載能力為依據(jù)進(jìn)行選擇。計算公式如下：
　　式中Ievf是變頻器額定電流;Ied是電動機(jī)額定電流;λd是電動機(jī)轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)，λvf是變頻器電流短時過載倍數(shù)，K3是電流/轉(zhuǎn)矩系數(shù)。
　　由于在本次設(shè)計中，系統(tǒng)的驅(qū)動類型采用的是群拖方式，即一臺變頻器拖動4臺電機(jī)，所以需要對變頻器的額定電流的計算公式稍加改變，具體形式如下
　　YGP160L2-4交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)為2.5;變頻器電流λvf過載倍數(shù)為150%時，最大瞬間過載倍數(shù)為200%，短時過載倍數(shù)可按照1.6～1.7選取，在本設(shè)計中變頻器電流短時過載倍數(shù)λvf選取為1.7;由于磁通衰減和轉(zhuǎn)子功率因數(shù)降低，最大轉(zhuǎn)矩時的電流過載倍數(shù)要大于轉(zhuǎn)矩過載倍數(shù)，因此電流/轉(zhuǎn)矩系數(shù)應(yīng)該是大于1的，可以選擇為1.1～1.15，本次設(shè)計選取電流/轉(zhuǎn)矩系數(shù)K3為1.1。YGP160L2-4型交流電動機(jī)的額定電流Ied=20A。將以上各值代入式(4，2)可得Ievf≥485A
　　在變頻器廠家的選擇上，我們對美國的AB公司、日本的安川，德國的西門子及瑞士的ABB公司等進(jìn)行了比較。由于翼鋼軋鋼分廠其他交流變頻傳動系統(tǒng)采用的均為西門子變頻器，考慮到整個冷床移鋼鏈系統(tǒng)的兼容性，我們選擇西門子6SE70系列變頻器
　　3.3 控制方式的選擇
　　現(xiàn)在從調(diào)速范圍、調(diào)速精度、轉(zhuǎn)矩控制、極低速運(yùn)行適用性等幾個方面對各種變頻控制方式進(jìn)行對比。通用變頻器異步電機(jī)u/f控制、異步電機(jī)無傳感器矢量變頻控制、異步電機(jī)帶傳感器矢量變頻控制，三種變頻調(diào)速方式的性能比較如下表所示。

	異步電機(jī)U/f控制	異步電機(jī)無傳感器矢量變頻控制	異步電機(jī)帶傳感器矢量變頻控制
調(diào)速范圍	10:1（20：1）	20:1（50:1）	1000:1
調(diào)速精度	0.5~20%（與負(fù)載變化有關(guān)）	0.50%	模擬控制0.1%數(shù)字控制0.01%
轉(zhuǎn)矩控制	不適用	適用	適用
極低速運(yùn)行	不適用	不適用	適用
特點(diǎn)	控制電路結(jié)構(gòu)簡單2、調(diào)試工作容易3、可采用通用異步電機(jī)4、調(diào)速范圍小、調(diào)速精度低、適用一般要求不高的地方	1、不需要PG(轉(zhuǎn)速脈沖發(fā)生器）2、可以進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制3、響應(yīng)速度快4、變頻器、電機(jī)參數(shù)設(shè)定應(yīng)與負(fù)載匹配	1、轉(zhuǎn)就控制性能好2、響應(yīng)速度極快 3、需要正確安裝PG部件4、電氣參數(shù)應(yīng)正確匹配5、閉環(huán)控制電路復(fù)雜6、調(diào)速寬、精度高、價格貴、適合要求高的設(shè)備

　　冷床移鋼鏈電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：
　　1)在運(yùn)行過程中要求4臺電機(jī)轉(zhuǎn)速要大體保持一致，而且能夠同步啟動和停止。
　　2)負(fù)載對象為螺紋鋼，最重達(dá)30噸，要求有較大的啟動力矩。
　　3)冷床移鋼鏈操作間隔時間短，對起動和制動時間有要求，需要有良好的起、制動性能。
　　綜合考慮了冷床移鋼鏈電機(jī)傳動系統(tǒng)的以上特點(diǎn)，在對U/f控制方式和矢量變頻控制方式的各種性能進(jìn)行綜合考慮和比較后，在系統(tǒng)設(shè)計中我們選擇采用U/f變頻控制方式，具體原因如下：
　　(1)為了使多臺電機(jī)同步運(yùn)行，系統(tǒng)采取了群拖方式。但矢量控制方式不適用于群拖方式。
　　(2)采用了轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)腢/f變頻控制方式，低速下轉(zhuǎn)矩輸出能力得到了很大的提高，穩(wěn)態(tài)速度精度可達(dá)到0.5%，足以滿足冷床移鋼鏈電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的要求。
　　3.4 變頻器的調(diào)試
　　變頻器上電后經(jīng)過一定時間的自檢程序PMU面板顯示009時,將電機(jī)與減速箱之間聯(lián)軸器脫開,使電機(jī)在空轉(zhuǎn)下用操作面板驅(qū)動交流電機(jī)看是否在0 ~50Hz范圍內(nèi)平滑升降速然后做參數(shù)復(fù)位到工廠設(shè)置
　　P053=6允許參數(shù)讀取
　　P060=2選擇固定設(shè)置菜單
　　P366=0標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置
　　P970=0參數(shù)復(fù)位
　　選擇簡單應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置用參數(shù)模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置調(diào)用其內(nèi)部功能圖模塊Setpoint Source MOP and terminal strip(P368=3) 其步驟如下
　　P060=3菜單選擇簡單應(yīng)用的參數(shù)選擇
　　P071=380輸入裝置進(jìn)線電壓單位V
　　P095 = 10輸入類型異步IEC(國際標(biāo)準(zhǔn))
　　P100=1v/f開環(huán)控制若為3則為不帶測速機(jī)的矢量控制
　　P101=380輸入電機(jī)額定電壓單位V
　　P102=80A輸入電機(jī)額定電流單位A
　　P104=0.87輸入電機(jī)功率因數(shù)
　　P107 = 50輸入電機(jī)額定頻率單位Hz
　　P108=568輸入電機(jī)額定轉(zhuǎn)速單位r/min
　　P109=4輸入電機(jī)極對數(shù)
　　P383=0選擇有無過熱保護(hù)
　　P368=3選擇設(shè)定和命令源端子排上的MOP 和數(shù)字量輸入
　　P370=1起動簡單應(yīng)用的參數(shù)設(shè)置根據(jù)選定的參數(shù)模塊組合變化參數(shù)
　　P060=0返回用戶菜單該步驟做完后經(jīng)過約十幾秒鐘變頻器自動生成功能圖M O Pand terminal strip (P368=3)中所示的參數(shù)
　　4 結(jié)束語
　　SIEMENS 6SE70變頻器以其調(diào)速的平穩(wěn)、快速及功能的自由性、多樣性在越來越多的自動控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在本自動控制系統(tǒng)中，6SE70保證了自動控制的實現(xiàn)。本系統(tǒng)自投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，完全滿足了現(xiàn)場生產(chǎn)的需要。
　　參考文獻(xiàn):
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　　【2】韓安榮通用變頻器及其應(yīng)用北京：機(jī)械工業(yè)出版社2002
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