1 250 mm平整機傳動控制系統的設計與應用

鄒 珩，趙光明（天津冶金軋一鋼鐵集團有限公司，天津300270）

1 250 mm平整機傳動控制系統的設計與應用

鄒 珩，趙光明
（天津冶金軋一鋼鐵集團有限公司，天津300270）

為滿足1 250 mm平整機組生產線的結構布置要求，采用西門子高精度SINAMICS S120交流變頻技術取代了原有的直流傳動系統，設計了1 250 mm平整機傳動控制系統，保證了平整機高精度軋制生產節奏的連續性，節能高效，運行可靠，提高了生產效率。

平整機；交流變頻技術；直流傳動系統

1 引言

平整機要求電氣傳動系統具有高精度快速的動態響應和低轉矩大力矩的特點，在所有的調速范圍內都輸出良好的轉矩特性。在這一領域一直長期被直流調速系統所占據，但直流調速系統也存在其不足，由于直流電機碳刷及整流子在電機轉動時會產生火花、碳粉，因此除了會造成組件損壞之外，使用場合也受到限制，造成維護成本很高，無法滿足大型平整軋制生產線的應用條件。隨著矢量控制技術在理論和實際應用中的日趨成熟，交流傳動控制系統已經在大型平整軋制生產線上廣泛使用，交變頻技術已開始取代直流調速系統。

2 系統設計方法

2.1 交流傳動系統基礎配置

平整機組整個傳動系統采用西門子全新一代全數字式交-直-交變頻器SINAMICS S120進行調速控制，高性能工藝控制器（西門子SIMATIC TDC）及PLC可編程系統組成。西門子SIMATICTDC主速度CPU負責通過profibus-DP與西門子SINAMICS S120傳動裝置通訊。通過一個CP50M0 的profibus-DP總站，CPU發送控制字、速度和張力參數到傳動，并從傳動接收主要信息（故障、實際角速度、實際扭矩、狀態字等），同時使用CP50M0的其它總站，CPUs CPU551與PLC系統交換數據。與PLC的通訊也可使用以太網卡CP5100來建立。

2.2 主傳動概述

西門子SINAMICS S120的全數字交流變頻調速傳動裝置采用三電平PWM脈寬調制，全數字矢量控制的整流裝置和逆變器構成的傳動系統。采用共同直流母線的控制模式。

2.3 主傳動電機控制原理及參數

主傳動電機分為兩組，分別由兩路進線斷路器和兩個整流單元供電。兩個整流單元分別將進線斷路器的690 V交流電源整流成930 V直流電源提供到直流母線上作為逆變器的輸入端，再由逆變器將930 V直流電源逆變成交流電源，輸出給主傳動電機對其進行變頻調速控制，主傳動電機采用鼠籠型三相異步電動機，由電機自帶的編碼器來將速度反饋信號傳送到編碼器模塊SMC30，通過Drive-CLiQ通訊電纜把速度信號傳送到CU320中進行速度閉環邏輯控制，電機風機由PLC發出電機運行使能信號，對風機接觸器進行聯鎖控制。電機數據見表1。

表1 電機數據表

2.4 整流裝置

該交流傳動系統采用西門子SINAMICS S120的裝機裝柜型智能整流模塊（SLM）作為整流裝置。

智能整流模塊（SLM）的主要特點：

智能整流模塊（SLM）是無調節供應/回饋單元（用于進線供電二極管橋；線路整流回饋通過IGBTs）帶50%再生回饋能量。智能整流模塊（SLM），電動狀態時，給直流母線提供電能；再生模式時，它把直流電能回饋到三相電力系統。

供應電壓：660 V÷690 Vac，±10%（-15%＜1 min）。

輸出直流母線電壓：大約1.35×線電壓；

額定頻率：50/60 Hz（±6%）。

2.5 逆變裝置（電機模塊）

電機模塊是一個IGBT橋DC/AC（逆變器）連接到由智能線路模塊供電的公用直流母線上。

電機模塊的主要特點：

電機（變頻）電纜與電機模塊下的端子排相連；

直流總線的制動裝置包括連接到電機模塊上的直流端子；

輔助母線排用于24 V電源和風扇電源；

輸出電壓：0.67×dc link電壓；

輸出頻率：0～300 Hz；

脈沖頻率：1.25 kHz；

基本負載電流IH：0.91×額定輸出電流；

短時電流：1.36×額定輸出電流用60 s；

周期：300 s；

過載持續時間：60s（20%周期時間20%）；

效率：≥96%；

與CPU CU320通信：由DRIVE-CLiQ；

編碼器/（電機繞組）溫度傳感器接口：用于HTL/TTL編碼器和KTY84-130熱敏電阻器的SMC30卡。

2.6 IGBT整流與逆變器的主要構成

線路連接模塊（主斷路器）：連接智能線路模塊（整流單元）給進線（直流母線）供電。智能線路模塊通過預先裝配好的一組直流母線與帶不同額定電流值的電機模塊（逆變器）連接。

智能線路模塊：是無調節供應/回饋單元（用于進線供電二極管橋；線路整流回饋通過IGBTs）帶50%再生回饋能量。智能線路模塊，電動狀態時，給直流母線提供電能；再生模式時，它把直流電能回饋到三相電力系統。

電機模塊：是一個IGBT橋DC/AC（逆變器）連接到由智能線路模塊供電的公用直流母線上。

控制單元：由一定數量CPU CU320組成。CU320是一個通訊（功能）完善的CPU，可用于一個或多個電機模塊和智能線路模塊的開環和閉環控制功能。

2.7 傳動設備的調試與維護

Simatic starter軟件是西門子專為SINAMICS S120系列傳動系統裝置的調試維護工具。它可用于M440，G110，G150等傳動設備。

3 系統實際應用效果

該交流傳動系統不僅繼承直流調速的優越的性能，還具有更多優于直流傳動的特點。

節能高效，以該傳動系統為1 250 mm平整機

的軋機，張力輥，開卷取電機共合計功率3 280 kW電機提出的傳動方案為例，交流比直流年節電158 萬kW·h/年，折合13萬元/年。

體積小、重量輕、轉動慣量小。1 250 mm平整機改為交流傳動后，電機容量加大35%，而轉動慣量僅為直流機的1/5，使傳動系統得到更快的動態響應，加快了平整機的軋制節奏，提高產量。1 250 mm平整機電機改造后綜合經濟效益提高了40%。

功能全面，性能優越，SINAMICS S120控制單元采用CU320全數字控制系統，具有豐富、全面的控制、監視及故障診斷功能，并且由于應用了矢量控制技術、使該系統具有優越的控制性能，充分滿足了生產工藝對帶材精軋機組主傳動系統的要求。

操作簡單、運行可靠，電機甚至可以直接安裝在軋機旁。1 250 mm平整機改造后，產量提高30%，維護人員減半，每年可節約維護費用20萬元。

4 結束語

交流傳動系統具有以上優點，該傳動系統受到世界軋鋼工業和傳動設備制造業的極大關注。世界著名電氣傳動設備制造商都投入大量人力物力財力研發大型平整軋制生產線的交流傳動控制系統。目前為止，大型軋制生產線的主傳動系統，幾乎全部采用交流變頻傳動控制系統。現階段大型軋制生產線要求其主傳動系統具有節能，高效，可調的轉矩限幅，較高功率因數，降低對電網的污染，采用回饋電能的智能整流模塊等特點正逐步成為平整機傳動系統的主流。

［1］張皓，續明進，楊梅.高壓大功率交流變頻調速技術［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［2］呂汀，石紅梅.變頻技術原理及應用［M］.北京：機械工業出版社，2003.

［3］石磊.電氣自動化控制系統及設計 ［J］.黑龍江科技信息，2011 （20）：61.

Design and Application of Drive Control System for 1 250 mm Leveler

ZOU Yan and ZHAO Guang-ming
（Tianjin Metallurgy Zhayi Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300270，China）

In order to meet the requirement of structure arrangement of 1 250 mm leveler production line，SINAMICS S120 AC frequency conversion technique with high precision was adopted to substitute original DC drive system and the drive control system for 1 250 mm leveler designed.The continuity of the production pace of leveler high precision rolling was ensured with saved energy and high efficiency.The equipment ran reliably and productivity was improved.

leveler；AC frequency conversion；DC drive system

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.015

2015-12-13

2016-01-02

鄒珩（1986—），男，本科，主要從事電氣設備維護管理工作。