ABB變頻器在精軋機后輥道的應用

司斌

摘要：本文通過安鋼第二軋鋼廠精軋機后延伸輥道改造，描述了系統改造前設備狀況，介紹了ABB變頻器選用原因，描述了相關控制系統原理及技術關鍵，及系統改造實施過程，取得的相關經濟指標和使用效果，肯定了此變頻器在精軋機后延伸應用的效果。

一、系統投運前狀況

隨著科技的發展及當前市場狀況，控溫控軋和設備的可靠運行成了現階段保障產品質量、獲得產品利潤的主要手段。而在生產過程中，精軋機機前后輥道依舊采用1997年四輥軋線設計投用的直流控制系統，采用U2板調速系統控制直流電機，已經使用20年，原設計技術性能落后，采用U2板調速直流控制系統，滿足不了快速生產的要求，挖掘不出設備潛能，并且設備老化，控制系統元件、線路和功率柜可控硅老化，易爆硅和快熔，并產生漏電流，故障頻繁，零部件眾多，需要準備大量備件，采購備件昂貴且及其不便，部分備件全部依靠以前存儲的備件維系，新備件已經停止生產，系系統接線繁瑣，占地面積大，噪音高，能耗高，故障點多，無任何智能型的故障判斷輔助手段，分析判斷故障困難，對電機和系統保護不全。系統維護工作量大，系統接線繁瑣，故障點多，不易判斷問題出處，易發生大的設備故障， U2板調速系統每年都需要抽硅串檢查清灰，并且對接線進線檢查緊固，直流電機維護工作量大，費用高，電機需要定期更換保養，并且日常運轉中需要關注電機碳刷及整流子運行情況，而現場部分巡檢不便，因其在測厚儀的輻射范圍內，不能進行日常巡檢觀測，就給設備運行帶來極大的隱患。

這些技術設備問題嚴重影響精軋機生產能力的快速提高，影響生產節奏，成為制約精軋機生產的瓶頸。

二、原理及技術關鍵：

針對以上問題，我們決定對原控制系統進行更新改造。使用成熟的交流變頻控制技術淘汰原來的直流調速系統。經研討論證我們決定采用ABB公司的ACS800系列變頻器。我們選用ABB公司ACS800系列變頻器，型號：ACS800-04-0170-3。ACS800變頻器的核心技術是直接轉矩控制（DTC），DTC直接轉矩控制系統由電機的電壓和電流計算出定子磁鏈和轉矩，采用砰-砰控制來實現變頻器的PWM控制。DTC直接轉矩由于沒有電流控制環路，砰-砰控制產生的輸出電壓，沒有任何電流限制，電壓可以出現過沖現象，故電機可以獲得較大的du/dt， 較大的加速電流，因而產生較快的電流響應及轉矩響應。高速數字信號處理器以極快的速度采集電機狀態以及實際值，與電機模型數據相比較，更新電機狀態，逆變器的每一次開關狀態都是單獨確定的，意味傳動可以產生最佳的開關組合并對負載擾動和瞬時掉電等動態變化做出快速響應。所以ACS800變頻器適應于需要精確控制轉矩的高動態性能應用場合，且滿足轉矩輸出平穩的運行要求。另外在無速度傳感器反饋的情況下其速度控制精度也可達0.1～0.5%，滿足控制精度要求，不需使用速度反饋元件，節約改造開支。變頻器可自動辨識，根據電機連接負載情況，選擇完全辨識或簡化辨識，變頻器按程序對電機通電，建立電機模型，自動設定PI調節器參數，帶來最佳的控制效果。

ACS800有豐富的控制軟件，設定參數多達99組，滿足多種控制要求。ACS800有多種定義好的應用宏，可根據負載選擇不同的應用宏，如工廠宏、PID控制宏、轉矩控制宏、順序控制宏和用戶自定義宏等等。我們選定工廠宏，在標準固件軟件功能的參數組中，定義運行參數，為保證運行可靠性，選用加減速斜坡功能，極限值控制功能，恒定勵磁啟動功能等。實現輥道快速啟動，加減速啟停，減少對設備沖擊，較硬的運行特性，保障輥道穩定，提高工作效率。多種故障報警保護，簡便控制盤具備實時監控和故障報警信息存儲功能。修改程序，主令直接控制電機調速，實現最佳的啟停效果，避免與變頻控制相干擾。原來的零位保護功能和限位保護功能不變。

三、系統改造實施：

因電氣室內無多余的位置安放新的控制柜，現有輥道控制系統在用，只能利用中修的15天時間進行施工，其主要工作有拆除原有的三套U2直流控制系統，重新配置新的ABB控制系統，更換現場電機，重新敷設電機電纜，更改相關控制PLC程序，進行后期調試工作。因為工期短、任務重，首先就要求對系統有完整的設計，為施工做好充分的準備。根據以往經驗，往往準備工作比較瑣碎，而且影響工期，首先在中修前就必須做好準備工作，做好前期設計選型工作，原系統采用U2直流調速系統，現場采用75kw直流電機，變頻器電機低速度力矩小，直流電機的低速度力矩大，經過計算現場電機選用90kw交流電機，可以滿足工藝設計要求，根據電機額定電流和功率，選擇變頻器，選擇重載大一等級的ACS800-04M-0170-3型變頻。并做好系統設計工作，利用AUTOCAD軟件繪制電氣圖紙，審核通過后，準備所需變頻、接觸器、導線、空開等設備零件；我們在計劃階段就確定好幾個關鍵的時間節點，柜子拆除時間、變頻及輔助設備安裝時間、線路配置時間，程序編寫及變頻調試時間，做好突發情況的應對方案，以有力保證項目進展順利，按時按質完成。項目實施過程中，充分利用原有資源，比如空開、接觸器、導線等物料，減少物資消耗，而且盡可能按計劃完成工作，避免加班加點，提高工人勞動效率，確保了中修完成前順利投用。

四、經濟指標及使用效果：

升級改造項目完成后，減少了直流電機每年2次的備件維修費用，解決了精軋機后延伸因U2板控制系統出現問題查找故障原因緩慢，處理問題不及時的問題，實現了故障的快速處理和人員的最優化，提高了產品質量和產品成材率，大大減少故障停車時間，對保障產品質量、獲得產品利潤起到了極為重要的作用。

自精軋機機后延伸電機控制系統變頻改造工程項目完成后，其控制系統跟上國內先進水平，其實際工作狀況得到很大改善，隨主令信號系統反應靈敏，運行速度穩定，啟停平穩迅速。限制速度、電流、轉矩等控制量最大值，保護電機和控制系統，恒定勵磁啟動模式啟動，取得靜止條件下最快的啟動速度，使用斬波器，消耗制動時回饋電能，避免泵升電壓過高，使電機有很短的制動時間；多種故障報警保護：變頻器對系統接地、過流、過載、過壓等多種故障發出故障報警，其保護值可以靈活設定；實時監控和故障報警：控制盤CDP312除用于設定參數外，可選擇顯示3組運行參數并對變頻故障信息進行顯示，順序記錄64組故障信息，方便維護人員掌握運行狀態，分析判斷故障。

實施精軋機后延伸ABB變頻控制系統后，取得了較好的經濟效益：

1、做到提前預防，減少故障范圍、提高處理故障效率，提高產品成材率；

2、減少精軋機后延伸系統的設備故障率，杜絕重大的設備安全隱患；

3、滿足生產及減少產品對表面形狀缺陷的質量要求。

4、減少故障停車時間90%以上。

項目完成后2017年與2016年影響生產時間同比減少2小時，2018年前三個月沒有影響時間，經過改造后提高了產品的成材率和產品質量，提高了設備作業率，取得了較好的經濟效益。

參考文獻：

[1]ABB 電氣傳動系統有限公司，《ACS800固件手冊ACS800 標準應用程序 7.x》

[2]ABB 電氣傳動系統有限公司，《ACS800固件手冊 系統控制程序 7.x》

[3]ABB 電氣傳動系統有限公司，《ACS800硬件手冊》