禾望HD2000工程型變頻器在中厚板產線上的應用

王寶月 戴建新 賀寶占

(北京首鋼自動化信息技術有限公司京唐運行事業部，河北 唐山 063200)

1 HD2000系統組成

1.1 控制單元

HCU20控制單元作為變頻器的核心部件，主要為控制軟件提供硬件平臺，對內、對外提供 I/O接口和通訊接口等。該控制單元具備矢量、V/F、伺服控制功能，能同時驅動 3 個矢量或 8 個 V/F 軸，并可實現6 個功率單元直接并聯。支持現場總線 Profibus、CANopen、DeviceNe、Profinet IO 等多種通訊協議，通過選配對應型號的控制單元，可實現與固有 PLC 的無縫連接，方便替換和維護。

1.2 智能整流單元

智能整流單元 SRU采用IGBT與二極管混合封裝的功率模塊，直流電壓不可調，具有回饋功能提高電機的制動力，加快系統的響應。觸發方式簡單可靠，整流和回饋電流含有較高5次、7次諧波輸入，必需配置≥ 4%的電感。

1.3 電機驅動單元

驅動單元MDU由直流母線供電，最多并聯4個相同的電機驅動單元，功率器件采用 IGBT，控制方式為雙極性 PWM。支持同步機和異步機、VF和矢量控制，輸出有du/dt濾波器，正弦波濾波器和峰值電壓抑制器等可供選擇。

1.4 輸出電感柜

電感器在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲等作用，還有篩選信號、過濾噪聲、穩定電流及抑制電磁波干擾等作用，可以抑制變頻器輸出端的諧波及限制電網電壓波動引起的電流沖擊，提高系統的功率因數，保障電器設備運行的穩定性。

2 整流回饋系統

京唐公司中厚板精軋機輥道制動頻繁，新傳動系統與原6SE70系統保持一致，采用整流+回饋的形式，節能并能提高電機的制動力，加快系統的響應。

變頻器驅動負載工作時，可能會出現需要將能量從負載中抽出的情況，比如在電動機要剎車時，由于電動機的機械慣性，具有機械動能，這部分能量要么白白浪費，要么加以利用。能量回饋就是設法將上述機械能量轉化為電能回送電網，從而節能。在能量回饋過程中，電動機相當于處于發電狀態，原來的逆變裝置現在則處于整流狀態，而原來的整流裝置卻被控制處于逆變狀態，從而完成將電動機的機械動能回饋電網。

禾望智能整流單元能夠將交流電網的電能變換為直流(整流)，并在需要的時候進行逆變運行回饋能量的功率電路，以及控制電路等部分。

3 逆變系統控制

中厚板精軋機輥道傳動系統由一臺控制單元控制兩臺逆變器拖動整組輥道，給定選擇為速度控制模式，電機選擇為無編碼器的開環矢量控制。通過 I1-45.01 電機參數辨識模式選擇可以進行靜態或動態優化。通過 I1-45.03 可以查看電機參數辨識狀態，如果電機參數辨識過程中出現故障，可重新進行電機參數辨識，直到電機參數辨識完成。電機參數辨識前必須確保輸入正確的電機銘牌參數，HD2000系統支持2組電機參數設置，通過I-46.02切換組別，可一臺變頻器驅動2組電機。

矢量控制模式的速度調節器支持手動調節和自動調節，可以通過功能碼 Ix-57.30 速度環自動響應系數進行調節。Ix-57.30=1～100，實際的 Kp 和 Ki 根據當前的電機參數、電機速度和電機轉矩進行自動調節，該系數越大，速度環響應越快，但系統穩定性降低；該系數越小，速度環響應越低，但系統穩定性好。精軋機輥道在運行過程中會出現速度變化波動異常現象，當時我們手動定義速度控制器的比例增益KP，波動大時減小KP。在選定KP后保持橫恒定，調節KI積分時間KI越短，連續偏差值的校正就越快，但是如果太短，就會造成控制不穩定，根據實際情況對比波形圖合理優化速度調節器后，可以消除穩態誤差和減小超調，確保電機的平穩運行。

4 Profibus DP 通訊

HD2000系統使用 6SE70 模塊的協議屬性，從站地址設定S-20.01分別為45、46、47與原地址保持一致，確保切換操作后正常通訊。兩套設備站地址相同，只需斷開西門子或禾望控制柜電源，即可完成兩套設備的網絡切換。控制單元的現場大小端模式必須與上位機相匹配，原上位機為大端模式故S-20.12設置為1：MSB-大端模式。現場總線發送字S-20.08、現場總線接收字S-20.09分別對應原系統設置為6個字。需要注意若 S-20.01現場總線通訊協議、S-20.02現場總線通訊從站、S-25.01現場總線通訊幀格式、S-25.03現場總線發送字數、S-25.04現場總線接收字數，這些配置參數變更后，需要將 S-20.14現場總線模塊復位置1，配置才能生效。

5 系統的安全設計

(1)可靠接地系統。HD2000系統設計了可靠的接地系統，建立了標準的接地基準電位(地)，所有模塊機架和負載電流回路與公共的基準電位連接，從而確保由于電纜敷設不合理或設備安裝不當產生的干擾電流能盡快分流掉，從而防止了由于干擾所帶來的通訊故障。

(2)確保通訊電纜與其他電線電纜之間的距離。由于傳動系統需要較大的電功率，因此動力電纜常常輸送高電壓和大電流。如果這種電力電纜長距離與通訊電纜并行敷設，則在網絡電纜上會產生電容性和電感性干擾，從而擾動網絡中的數據通信。為避免這種干擾，在設計和施工時，必須確保通訊電纜與其他電線電纜之間的距離，盡可能把電力電纜和通訊電纜分別敷設在相互隔離的電纜橋架上。

6 結語

禾望傳動設備結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉。經濟效益分析表明新設備為產線提高產量，減少故障節約成本顯著。符合產線要求，隨著產量的提高，經濟效益大幅增長，禾望產品將會有極廣闊的推廣應用前景。