S120變頻器在線材生產線中的應用

馬 翔

（首鋼長治鋼鐵有限公司軋鋼廠，山西 長治046000）

在驅動電機轉速運作過程中，變頻器起著至關重要的作用。在線材的生產過程中，線材主要經歷粗軋區、中等軋制區最后到達精軋區[1，2]。軋制線材需要確保各個軋機間的具有相等的軋件秒流量，要想達到此要求，需要保持快速地連續調節各主驅動器間的電機速度，實時對滾動的速度進行微調。為避免引發各相鄰滾動部件間的流量達不到平衡狀態甚至引發滾動事故的發生，變頻器主要負責速度的調節，包括大調速范圍的主傳動；高速的調節以及小靜態的下降速度；下降較小幅度的動態速度以及短恢復時間。某鋼廠線材生產線主要負責S120變頻器在包括粗軋機、中軋機各自6個機架以及位于精軋區的4個機架的電控以及驅動系統的調試編程任務。該型號變頻器主要采用公共直流母線原理，將電機驅動共分為8段，匹配電源模給不同段的直流母線進行供電，進而驅動不同段的電機運動。

1 S120變頻器的基本裝置

驅動系統MASTERDRIVES系列為日前廣泛應用的變頻器控制系統，S120屬于西門子公司之后更新系統中SINAMICS系列的其中一種新型的變頻器，并逐漸取代MASTERDRIVES驅動系統。S120的主要設計特點是實現了模塊化，它主要包括矢量控制、V/F控制以及伺服控制一體化的集成變頻控制驅動系統。S120的各個模塊主要通過標明為DRIVE-CLiQ的通訊接口來進行互相連接。其中，各個模塊主要包含電機模塊、電機編碼器模塊、I/O接口模塊、整流/回饋模塊以及控制單元模塊。

電機模塊主要負責給電機提供電源，此外選擇雙軸的電機模塊最大程度地滿足了緊湊式的模塊設計。控制單元模塊主要負責整個驅動系統的智能化驅動，驅動器的運行也依靠整個控制模塊的控制。此外，控制單元模塊還包括其他一些重要的附加功能，比如，定位功能以及I/O接口間的邏輯運算功能等等。

模塊化的S120變頻器控制系統為實現上位的控制系統的連接，控制單元模塊集成了PROFINET或PROFIBUS DP這兩種接口。這兩者相結合既可以實現矢量控制，還可以實現伺服控制，如此擴大了設備模塊化設計的程度，增加了設備的使用種類和形式。盡管在設計層面取得了一定的優越性，但設備系統組件間的兼容性以及由此帶來的設計成本仍為一個考慮的問題。S12O型號的變頻系統，在滿足了模塊間自由組合的優勢之外，還可以使這些系統組件間保持較高的兼容性，達到了最優的狀態。究其原因主要是因為在每一個組件上都有其自身的識別器，也就是銘牌，它在整個驅動系統開始組態起著至關重要的作用。比如，電子銘牌中不僅存在識別碼和訂貨號，還存在電機集成編碼器和等效電路的參數等重要信息。當系統組件進行重新組合優化時，由于各個組件都有其特定的識別信號，可被DRIVE-CLiQ電纜被自動識別，避免在設備進行調試或者優化組態時手工錄入數據的繁瑣以及不確定性，整個過程快捷以及安全可靠。

基于以上模塊裝置配套，S120型號變頻器具有性能高、通用范圍廣，前景巨大。

2 S120變頻器的應用

S120變頻器的基本裝置最重要的特點是具有模塊化設計，可使各個設備組件間進行優化組合配置以滿足不同工段對于不同配置組件間的要求。S120型變頻器的主要組件包括有控制器、輸入輸出的接口模塊、功率單元以及編碼器模塊等部分組成。

2.1 S120變頻器的運行

針對S120變頻器運行應用過程中，其中核心部件為控制器，CF儲存卡用來記錄與儲存文件以及各項參數。當第一次運行送電時，控制器將首先檢測到與該控制器連接的各個組件的固件版本，它可以檢測出所選用的CF固件版本的不同，當檢測出的固件版本較低時，系統則會提示要求進行升級固件版本。

需根據設計要求，將各個組件間進行安裝配置。根據每一組件都有自己不同的銘牌，各個組件間主要通過DRIVE-CLiQ的通訊接口來進行互相連接。值得注意的是，在設備首次通電前，需要插入一個無其他配置信息的空CF儲存卡，如若含有其他配置信息的CF儲存卡將影響配置的項目精準識別，控制器發出故障信號，無法正式預運行。當項目完成配置之后，需控制器對各個設備進行辨別并加以控制。在這一調試過程中，相同的設備將會驅動的不同的運行項目，但整個存在于統一的同一個控制器，這個過程則需要控制器精準辨別并控制好每一設備所驅動的對象。

當完成好識別各個驅動對象任務之后，需要進行參數調整。整流部分的參數主要包括進線電壓，當完成好相關參數測試之后，還需要對測試直流母線的送電狀態，并在之后觀察是否有正常的母線電壓。除此之外，也需要對逆變單元中的參數進行調試，包括有關電機的參數、電流限幅、控制類型、加速時間以及編碼器相關參數的設定。最后，在電機的初運行過程中，仍會優化各個參數以便使電機進行正常的運行。

2.2 S120變頻器的調試軟件

S120變頻器的調試軟件主要選用的是starter測試軟件，該軟件的主要應用特點是圖形可視化，可通過圖形曲線的變化，快速查找設備參數，以供進一步修改。該軟件主要包括三種安裝方式：獨立安裝、集成于Scout軟件和DriveES軟件中的安裝。針對不同系列的安裝器可選擇不同的安裝方式。

3 S120變頻器的應用評價

在某鋼廠線材生產線中之前所使用的6SE70裝置相比，S120變頻器裝置應用方便。該裝置的一大應用特點是需對裝置進行系統的配置，該型號的變頻器依據設計思路的不同，可滿足僅僅使用1個控制器完成對多個功率模塊間的控制。在最初的調試開始時，配置不同被控制對象，并根據控制對象的不同可將傳動裝置分割成為不同的幾個小的組成系統部分。圖1為總結的S120的控制器配置步驟，并且根據現場應用結果分析表明，該S120變頻器滿足線材生產線中的應用要求。

圖1 S120的控制器配置步驟

4 結語

通過對S120變頻器在線材生產中的運行應用、所需的軟件調試以及該變頻器的應用效果評價，表明該型號變頻器在運行前需完成相對應的系統配置，并具有模塊化設計特點。除此之外，該S120變頻器配備有圖形可視化的測試軟件，使整個運行過程更加便捷、智能化，符合現代線材生產線中的應用要求。