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          應用案例?

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          Application case

          首鋼遷鋼熱軋橫切線傳動系統

          一、        橫切線負載的性質與控制方案的選擇

               整條橫切線全線共有各種大小交流感應電機200多臺,并且這些電機均要求工作在頻繁起制動狀態,屬頻繁起、制動工況,恒力矩負載,并有不規則的負載沖擊。且工藝要求整個系統具有良好的調速性能和調速精度。

               根據工藝方提供的數據,貫穿全線的輥道制動占空比高達25%以上。在輥道傳送鋼板時,負載慣性很大,電動機由變頻器拖動時,電動機在減速和停止過程中處于發電狀態,從電機大量反饋回直流環節的能量將抬高直流環節電壓。過高的直流母線電壓將對裝個低壓傳動系統產生致命的影響。處理反饋能量的方法有許多種,理想的是采用公用直流母線系統。公共直流母線系統是在多電機交流調速系統中,采用單獨的整流/回饋裝置為系統提供一定功率的直流電源,調速用逆變器直接掛接在直流母線上。當系統工作在電動狀態時,逆變器從母線上獲取電能;當系統工作在發電狀態時,能量通過母線由回饋裝置經過自耦變壓器回饋給電網,以達到節能、提高設備運行可靠性、減少設備維護量和設備占地面積等目的。

          二、        整流系統設計和構成

                根據這些工藝特點和要求,我們在低壓傳動系統中采用了西門子公司公共直流母線技術,將整個低壓傳動系統根據不同的工藝段劃分成三段母線,1段和3段母線各由1臺870KW整流/回饋單元供電,2段母線由兩臺870KW整流/回饋單元并聯供電(把兩臺額定電流和規格等技術數據相同的整流功率單元,使用一根西門子專用的50芯扁平電纜將兩組整流器功率單元并聯,由一個控制單元控制兩臺整流器同時工作)。所有逆變器均掛接在直流母線上,構成三個公共直流母線調速系統。

          三、        逆變系統設計和構成


                對于矯直機、切邊機、飛剪等傳動性能要求較高的電機均采用單機控制,在電機側均安裝有增量型編碼器,逆變器采用具有矢量控制功能的西門子6SE70系列逆變器,控制方式選用帶速度反饋的閉環矢量控制方式,大大提高了系統的精度和動態響應。對于大量的輥道電機采用成組傳動方法,由一臺大的逆變器帶多個輥道電機,這樣大大減少了逆變器的數量,簡化了系統配置和系統結構,既節省了安裝空間又減少了用戶的投資。這些逆變器利用脈沖寬度調制方法(PWM)將直流母線系統的直流電壓逆變生成一個交流的頻率、電壓可調交流電壓,達到調節交流電機速度的目的??刂坪徒o定信號由PLC運算后通過PROFBUS-DP網絡傳給每套驅動裝置,增加了系統的響應速度和控制精度及系統的抗干擾能力。整個系統的結構如圖1所示。



          四、整流系統調試


                整流器上電調試前,檢查母線正負之間以及正負對地絕緣,檢測兩組整流器進線主電源的相序和電壓,確保正常后,上控制電源,進行相關參數設置,主要包括語言環境、傳動配置、電源電壓、功率部分配置、電流限幅、回饋制動選擇、預充電時間等參數,之后啟動合閘命令,開始給中間回路預充電,預充電持續時間根據功率單元的容量及在庫房存放時間設定,通常在30分鐘以上,當預充電結束后,進行電路識別,在PMU面板上重新顯示°009后,表示整流器調試成功完成,整流器可以合閘送電,通過參數P006可以看出在直流側有540V左右的直流電壓。


          五、逆變系統調試


          1)空載調試


                電機動力電纜及編碼器等信號線都具備調試條件后,對線路檢測一切正常,給逆變器上控制電開始調試。首先根據功率模塊的訂貨號,對功率部分進行定義。之后對電子板部分參數設置,完成Profibus_DP等通訊板的硬件組態和參數設定。之后進行系統設置,根據電路原理和系統實際,進行濾波器、電機型式、控制方式、電機數據、相關的過流、過載等保護參數設定,開始電動機的靜動態識別及電流環和速度環的優化。然后依據傳動理論和剪切工藝要求,測試速度穩態精度小于0.05%(見圖2),速度響應時間小于60ms(見圖3),電流環響應時間小于10ms(見圖4),然后驅動電動機正反向加減速觀察力矩分量輸出平穩正常(見圖5)。





          至此,電動機的空載調試成功完成。


          2)  切邊剪上下輥負荷平衡、速度同步控制調試


                單側(操作側或傳動側)剪刀為一臺變速箱由兩臺電動機驅動,即屬于傳動的“機械耦合”控制范疇,需要考慮兩臺電機轉矩的平衡和速度的一致性,因此要對上下輥的兩臺電動機進行主從控制設定。即“主”工作在速度控制模式(p100=4),“從”工作在力矩控制模式(p100=5)?!皬摹苯邮堋爸鳌钡目刂菩盘柡土卦O定值,通過SCB2板卡實現“點對點”通訊。首先調試操作側的電機,將SCB2板卡組態好后,將“主”中要發送的起??刂菩盘柡土卦O定等參數和“從”中需要接收的參數分別在兩臺變頻器中設置好,開始“點動”起車,逐步加速,通過Trace功能,觀察兩臺變頻器的速度反饋和力矩輸出曲線,確保兩臺電機的速度和輸出力矩相同,重點觀察兩臺電動機在高速和加減速過程中的力矩和速度變化是否一致,測試速度和力矩兩條曲線一致性很好,變速箱無異常,“機械耦合”調試成功。傳動側同樣方法調試。


          3)操作側和傳動側兩臺切邊剪之間的同步控制


                在操作側和傳動側的本機“機械耦合”調試成功后,將要考慮操作側和傳動側剪切時行程高度同步的問題,但兩側的機械設備之間沒有任何機械耦合聯系,實現高度同步性有一定的困難。依據切邊剪功能規格書描述,要求切邊剪每轉一圈兩側的角度差要小于0.15度即達到行程同步的標準,也就是說切邊剪的行程同步是以角度來計算的??紤]同步性和快速性的綜合原因,然后選擇了運行T400平臺上的角同步控制程序SPA440,對該程序做相應設置后疊加到速度環上,這樣電氣傳動系統中,形成電流環、速度環、角度環的多環控制系統。


                以操作側剪子為從,傳動側剪子為主,結合SPA440的控制功能圖,將T400裝在操作側的變頻器上,然后把操作側“主”電動機和傳動側的“主”電動機的增量編碼器信號分別接到T400的編碼器信號端上。


                操作側和傳動側的“主”電動機增量編碼器信號準確無誤傳輸到T400板卡上,經SPA440軟件中的速度和位置檢測部分程序計算出兩側的角度差,通過角度控制器進行角度差的閉環調節,調節目標量為0度,調節量為測算出的角度差,調整比例系數Kp和積分常數Tn使之配比,保證角度調節器的輸出量為好的狀態。之后將角度調節器的輸出量作為速度附加給定值疊加到操作側的速度附加設定通道上,作為輔助調節量調節操作側的電動機速度,使操作側電動機轉速無限接近傳動側電動機轉速,從而實現了操作側和傳動側電動機剪切時的行程同步,即角度偏差小于0.15度(見圖6)。



          帶載試車后,監控角度差曲線振幅為0.10,達到了工藝及設備要求。

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