6RA70全數字直流調速裝置在板坯連鑄去毛刺機中的節能應用

仇禮娟

（四川機電職業技術學院，四川攀枝花617000）

1 引言

1.1 背景介紹

某鋼鐵廠1350板坯連鑄機是我國第一臺自行設計、自行制造，僅引進少量關鍵設備和技術建設起來的現代化大型板坯連鑄機。鑄機為一機兩流，全弧形，四點矯直，冶金長度27.1m，年設計生產合格連鑄坯100萬噸。鑄機于1993年10月18日一次性熱負荷試車成功，投產后設備運行比較穩定，生產狀況良好。

根據當時的技術水平狀況，1350板坯連鑄機去毛刺機采用直流模擬調速系統，但隨著時間的推移，備件組織困難，電氣設備逐步老化，故障率增加，2009年采用6RA70全數字直流調速裝置，進行了全新升級改造。

1.2 機械系統構成

去毛刺機的機械部分主要包括以下裝置。齒輪座：主要用來支撐和換向毛刺輥，保證整機運行時的平穩和水平；升降裝置：主要是一個液壓驅動油缸，用于將毛刺輥上升至高位和下降至低位；去毛刺輥和錘刀：錘刀安裝于毛刺輥上，電機帶動毛刺輥上的錘刀快速旋轉，將鑄坯頭部、尾部火焰切割后遺留下的毛刺打掉。

1.3 去毛刺機工作原理

鑄坯頭部到達去毛刺減速位，切后Ⅰ組輥道、去毛刺輥道由高速轉為低速運行，同時，去毛刺機電機帶動毛刺輥正向高速旋轉，為去毛刺做好準備。當鑄坯頭部到達去毛刺位，在液壓油缸作用下，旋轉的毛刺輥上升至高位，并在高位保持3.5s，旋轉的錘刀將鑄坯頭部毛刺打掉；自動下降至低位，同時電機停止旋轉。當鑄坯尾部離開減速位時，去毛刺機電機帶動毛刺輥反向高速旋轉，重復上述動作，打掉鑄坯尾部毛刺。

2 直流調速和控制系統構成

2.1 直流調速系統

如圖1所示，去毛刺機驅動電機為直流電機，型號 Z315-1A （Pe＝80kW、Uae＝220V、Iae＝400A，他勵，勵磁電流If＝13.6A）。因此，升級改造選用SIMOREG DC Master 6RA70系列全數字直流調速裝置6RA7081-6GV62-0（額定電流400A）。

2.2 上位機控制系統

如圖2所示，去毛刺機去毛刺過程，電機邏輯運行動作控制信號來自上位機出坯PLC的電氣室DP遠程I／O。毛刺機的運行分手動和自動兩種方式，其操作臺和運行狀態顯示設置在板坯連鑄機切割操作室，通過DP網絡進行傳輸。手動方式適用于檢修調試，在生產過程中完全采用自動方式。

3 控制系統完成的功能

3.1 速度閉環反饋環節的處理

如圖1所示，去毛刺機直流調速系統采用測速機CSF形成速度反饋，在使用中存在以下問題：①測速機是10多年前的產品，廠家已不再生產，備件訂貨困難；②測速機老化嚴重，性能變差，同時通過電機內部齒輪連接，磨損很大，容易脫落。這諸多因素造成反饋環節質量很差，信號嚴重失真，電機運行波動大，機械出現嚴重的沖擊顫動，導致門形框架、齒輪座、錘刀頻繁損壞，去毛刺機維修成本大幅上升，并經常因事故停機檢修，嚴重影響鑄坯質量。因此，利用全數字直流調速裝置6RA7081-6GV62-0具有的電壓反饋功能，如圖3所示，參數P083＝1（測速機反饋）改成P083＝3（速度實際值信號由EMF實際值通道K0287提供）。從使用一年多時間的實踐證明，運行相當平穩，輸出直流電壓波動小于2%（采用測速機反饋輸出直流電壓波動大于10%），完全滿足工藝提出的調速要求，節約了大量的維修費用，提高作業率30%以上。

3.2 勵磁電流的優化控制

原設計去毛刺機電機的勵磁電流If以永久接入方式供電。由于勵磁電流If＝13.6A很大，直流電機發熱嚴重，因此必須采用強迫風冷散熱（散熱風機型號：Y132S1-2 5.5kW）。在實際使用中，仔細觀察發現這樣一個規律：生產過程中兩塊鑄坯之間時間間隔大約為15分鐘（對應拉速V＝1米／分），而對于一塊鑄坯而言，毛刺機真正需要旋轉去毛刺的時間約為1分鐘。這就是說，在大約（15-1）／15×100%≈93%的時間內給電機所施加的勵磁電流If＝13.6A是無用處的。相反，造成電機勵磁繞組大量發熱而不得不額外增加強迫風冷散熱，消耗大量電能。本著優化的設計思路，在去毛刺機電機旋轉運行期間加入額定勵磁電流If＝13.6A，在停止運行后延時一段時間（設計為6s）取消勵磁電流If。如圖2所示，出坯PLC遠程I／O的輸出模板輸出點Q8.6驅動繼電器10J，繼電器10J觸點開閉狀態決定全數字直流調速裝置6RA7081-6GV62-0的36＃端子的狀態（0或者1），從而控制去毛刺機電機勵磁電流If＝13.6A的接入與取消。具體過程是：當鑄坯頭部（尾部）到達（離開）去毛刺減速位時正轉（反轉）運行信號 Q8.0（8.1）＝1，繼電器 10J斷開，則勵磁控制信號Q8.6＝0，全數字直流調速裝置6RA7081-6GV62-0的端子36＃＝0，向電機接入額定勵磁電流If＝13.6A；當正轉（反轉）運行信號 Q8.0（8.1）＝0 時，延時 6s，勵磁控制信號 Q8.6＝1，繼電器 10J閉合，端子36＃＝1，全數字直流調速裝置6RA7081-6GV62-0取消向電機接入勵磁電流，即If＝0。

圖1 直流調速系統

圖2 上位機控制系統

圖3 6RA7081-6GV62-0的速度閉環反饋電路

設計全數字直流調速裝置6RA7081-6GV62-0的勵磁運行控制參數：P257＝0（停機勵磁設定值）、P692＝10（選擇接入停機勵磁的源36＃端子），如圖4所示。

在出坯PLC設計去毛刺機電機勵磁控制程序，控制停車勵磁輸出點Q8.6的狀態，如圖5所示。同時，在軟件和硬件上取消毛刺機電機的散熱風機。需要特別說明的是控制程序中的時間繼電器T25，主要是保護作用。當毛刺機直流調速系統合閘以后 Q8.6＝0，勵磁電流 If＝13.6A 立刻加入，如果較長時間未投入運行，勵磁電流If＝13.6A始終滿磁加入，這將導致取消散熱風機后，毛刺機電機發熱燒壞。因此，時間繼電器T25檢測到合閘2分鐘后未出現運行信號 Q8.0 （8.1）＝1，自動置位Q8.6＝1，取消勵磁電流的接入。

4 節能效益分析

1350板坯連鑄機去毛刺機采用6RA70全數字直流調速裝置6RA7081-6GV62-0進行了全新升級改造，可靠性、經濟性大大提升，節能效果顯著。

4.1 電機勵磁節能

1350板坯連鑄機一年停機檢修時間：

去毛刺機僅僅在檢修（故障除外）時停電，則一年通電時間：

則勵磁電流優化控制后一年節約電能（R為電機勵磁繞組電阻）：

圖4 6RA7081-6GV62-0的勵磁運行控制參數圖

4.2 取消散熱風機節約電能（P為散熱風機額定功率）

兩項綜合節能效益Q效益1（N＝2，一機兩流；J＝0.5 元 ／KW·h）

4.3 備件和質量效益

減少風機消耗 4臺（0.6萬元／臺），由于更換一次散熱風機，毛刺機停運5h／次，一年平均更換4次，鑄坯不能去毛刺，造成質量異議損失100元／噸，則效益計算 Q效益2＝（4 臺×0.6 萬元／臺＋5h／次×4 次×60 分×1 米／分×2 噸／米×100 元 ／噸）×2＝52.8萬元

改造后一年總經濟效益：

5 結束語

從生產實踐分析得出，對于大量諸如上世紀建成的1350板坯連鑄機，很多調速系統仍然還在使用直流調速。從可靠性、經濟性分析，完全可以采用SIMOREG DC Master 6RA70系列全數字直流調速裝置進行升級改造，其負載屬于間斷工作情況，完全可以借鑒電壓反饋和勵磁控制方式，實現更加可靠的節能減排運行模式。

［1］SIMOREG DC Master 6RA70 系列全數字直流調速裝置使用說明書.

［2］STEP 7 V5.4 Help Contents.

［3］宋家成.直流調速系統應用與維修［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［4］陳伯時.電力拖動自動控制系統［M］.北京：機械工業出版社，2005.

［5］史國生.交直流調速系統［M］.北京：化學工業出版社，2011.