西門子變頻器在熱處理爐輥道跟蹤擺動控制系統的實現

摘要:本文根據熱處理生產線的實際生產情況，詳細介紹了西門子M440變頻器在熱處理爐跟蹤控制系統緊急擺動控制功能的應用實現。根據工藝要求使用了變頻器的BICO自由互聯技術、多組參數切換和自由功能塊技術等功能。充分體現了西門子傳動技術的功能強大和靈活特性。

關鍵詞:西門子;M440變頻器;傳感器的矢量控制-速度控制;參數組切換

中圖分類號:TG155 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2012) 12-0028-01

一、引言

目前在中厚鋼板的生產中控軋控冷(TMCP)工藝已普遍應用，并在管線鋼、高強度結構鋼、海洋平臺用鋼、造船板等的生產中發揮了積極作用，大大提高了鋼板的綜合性能，節約了寶貴的合金元素。但是TMCP處理的鋼板性能離散度較大，組織不均勻性相對較大。熱處理的優點在于性能穩定性和板形，一些鋼種要求很苛刻的臨界軋制，采用TMCP方法生產難度大，更抗氫致裂紋:正火或調質鋼比控軋鋼更抗氫致裂紋，原因是熱處理的終軋溫度比控軋鋼高，而MnS沒有被充分拉長所引起的。因此，一條現代化的中厚板熱處理生產線對于提高中厚鋼板廠的產品檔次是不可缺少的。

二、工藝概述

熱處理生產線是公司在零八年底完成調試投入生產的中厚板熱處理成套設備。它主要由以下幾部分組成:拋丸機，翻板機，熱處理爐(常化爐，淬火爐)，淬火機橫移臺架，矯直機，冷床打號機及各設備間的板坯輸送輥道;熱處理爐是熱處理生產線的中間主要環節設備。鋼板經拋丸機處理后進入熱處理爐經行正火或回火，出爐后經淬火機淬火由爐外輸出輥道進入矯直機區域，板坯經熱矯直后進入冷床區冷卻至要求的溫度送至打號機進行標號，至此完成整個工藝流程。

三、系統控制策略

其中熱處理爐的爐外輥道和爐內輥道電機全由西門子MM440變頻器驅動，輥道的速度與正反轉全由PLC系統決定;分Profibus通訊控制和硬線手動控制。其中硬線手動功能是在Profibus通訊功能癱瘓狀態下，讓爐內外輥道進行緊急來回擺動，來防止鋼板變形或爐內輥因長時間煅燒一側而致變形導致生產設備受損的一種防范補救措施性功能。

本部分控制系統全由工程師站上位機，西門子PLC，和變頻器組成。其中淬火爐輸入輥道共40根爐內輥101根，輸出輥道23根;常化爐輸入輥道共39根爐內輥158根，輸出輥道17根。

控制方式:

輥道電機由西門子變頻器驅動，變頻器的默認控制狀態是第零組參數有效，由PLC通過profibus-DP通訊控制，profibus通訊控制下分為自動控制和點動手動控制兩種方式，兩種方式互相可以切換分別控制，充分體現系統設計完善性和操作的的靈活性。變頻器采用的是帶傳感器的矢量速度控制方式，即P1300=21，用變頻器的第零組參數進行控制，無論是自動控制還是手動控制方式，它的啟停信號和速度設定值是根據工藝要求通過操作臺工控電腦畫面來設置且經通訊的過程數據發給變頻器，變頻器的控制過程是這樣的:接收到啟動信號后變頻器在規定的斜坡上升時間內達到設定轉速速度并保持恒定;當接收到停止信號后，變頻器在規定的斜坡下降時間內下降達到零速并停止輸出。

當在profibus-DP通訊控制癱瘓或者失效情況時，也就是純硬線手動控制時，PLC的開關量輸出點經中間繼電器控制變頻器的數字量輸入來進行參數組的選擇和控制啟停及正反轉的方向，其DIN5和DIN6同時作為變頻器啟停和選擇正反轉運行方向的命令，這不僅節省了PLC的I/O點，還簡化了控制程序，但在變頻器中先選擇參數組，再給運行命令，否則變頻器不運行。其轉速是由固定頻率設置，工藝要求電機運行后每隔5秒鐘進行一次正反轉的切換。變頻器采用的依舊是帶傳感器的矢量速度控制方式不變。

用變頻器的數字量輸入DIN4選擇變頻器使用是第零組命令參數組(CDS0)還是第一組命令參數組(CDS1)(變頻器參數結構圖)，用P0810參數來設置選擇;第一組是用變頻器硬件接口控制來實現緊急擺動控制功能，信號高電平時選擇第一組參數組有效。

四、變頻器調試及參數設置

(一)快速調試及優化

講到調試和優化這里要先簡單說一下辨識，辨識分靜態辨識和動態辨識。電機和變頻器的辨識過程，就是變頻器針對受控對象電機的建模過程。靜態識別，就是變頻器根據調試工程師鍵入的電機銘牌數據，進行電機內部的參數計算，為確保正確地確定等效電路參數，輸入的額定數據必須與電機的接線形式相匹配。(角接或星接)，針對具體的執行參數，就是P3900=3或者P340=1就是靜態識別，這一步里只是進行電機參數的計算，電機不通電;動態識別，就是變頻器上電，通過傳感器實測的電機電量參數，分析和建立電機的動態控制參數。它所涉及的執行參數就是P1910=1/3;還有一個參數是P1960=1(轉速調節器的優化)。輸入電機參數做建模計算很重要，就是最簡單的控制也是要做電機辨識工作的。

矢量控制的快速調試及速度環優化具體步驟參見說MM4440明書里具體章節，這里就不贅述.

(二)參數設置

電機靜態動態識別完成優化后，將第零組參數拷貝到第一組參數，設P809.0=0，P809.1=1，P809.2=1復制命令參數零組(CDS0)至命令參數一組(CDS1)，因采用兩種不同控制，所以第零組和第一組參數根據實際控制要求進行相應更改，具體參數設置參看參數表。

五、設備運行

目前設備調試完成運行至今已經幾個月，運行非常穩定。

六、結束語

SIEMENS M440是西門子傳動公司的一款輕便型變頻器，功能強大，應用廣泛，易于安裝調試，維護方便，價格適中，在公司熱處理系統中充分發揮了其特點，為公司的順利生產做出了巨大的貢獻。當然它也存在一些不足，希望該產品隨著推廣和使用逐步完善。我們相信它的明天會更好!

參考文獻:

[1]SIEMENS MM440變頻器使用說明書，版本10/06

[2]吉輝，孫玉柱.SIEMENS M440變頻器在邯鋼CSP廠1#加熱爐爐輥控制系統改造中的應用[J].變頻器世界，2007，12