夾送琨電機變頻改造的分析與研究

何倩

（常州鐵道高等職業技術學校,江蘇常州，213000）

0 引言

夾送輥作為熱軋帶鋼成品的輸送設備，是帶鋼生產線的必不可少的設備之一。夾送輥利用上下兩個輥之間形成的壓力夾住鋼材，轉動時把鋼材送入下一機械，如送入主軋鋼機，或卷取機。某帶鋼廠1#夾送輥電機采用6RA70直流調速裝置控制22KW直流電機，驅動控制可通過參數設定，各個功能模塊可隨意配置，并與軟件中的程序模塊連接。由于夾送輥電機在運轉中轉速比較高，導致生產運行過程中故障的發生率較高。經過對外考察學習，其它帶鋼廠普遍使用的重負荷夾送輥輥徑為Φ600，運轉時轉速相比本廠夾送輥轉速明顯降低，且生產情況穩定，產品表面質量穩定。本文主要分析和討論夾送輥電機變頻改造中存在的核心問題，根據實際情況制對應的改造方案，使其適用于軋鋼過程中交流電動機的無級調速，并且能夠取得明顯節能效果,滿足工藝和使用的要求。

1 夾送輥改造的原因

隨著車間產量的不斷提高和新開發的品種鋼、薄帶的軋制，夾送輥電機的運行穩定關系到整個帶鋼線的產量和產品質量。在鋼鐵企業中的夾送輥電機所處的環境比較差,會使夾送輥故障率變高。一旦發生故障將會引起翻料憋鋼，大大增加工人的工作強度。由于夾送輥電機設備的穩定在生產過程中起關鍵作用，因此，對于夾送輥電機控制系統的運行穩定性必須引起足夠重視。如何對夾送琨進行改造并制定可行的實施方案，降低因故障頻發導致的廢品率，是生產經營面臨的重要課題。

2 夾送輥設備缺陷及改造方案

2.1 夾送輥設備存在的主要缺陷

(1)電機運轉過程中轉速比較高，電流大，易燒損，無法滿足現場對生產工藝的要求。

(2)夾送輥輥面現場環境溫度高、水汽大，需要進行水冷卻。直流電機難以滿足要求，因此必須將直流電機更換為全密封耐高溫的交流變頻電機。

為了降低夾送輥設備的故障率，提高其生產運行過程中的穩定性，帶鋼車間對夾送輥電機及控制柜進行了改造，為帶鋼車間各項生產指標的完成提供了有力保障。

2.2 夾送輥改造的主要工作

(1)根據夾送輥電機功率配變頻器及電器元件；(2)根據運輸輥道控制柜圖紙進行接線安裝；(3)變頻器參數的設定；(4)變頻器使用中的維護。

2.3 控制方案的確定

首先夾送輥電機整個控制系統是上位機PLC通過通訊電纜和變頻器通信接口連接進行傳送速度與控制指令，夾送輥調速系統使用的是雙閉環調速系統，由電流調節器和速度調節器組成，在速度環內由速度調節器控制電動機轉速變化規律，在電流環內由電流調節器控制電動機電樞電流變化規律。電氣控制方式采取跟隨精軋末架主機K1轉速，其轉速信號采用末架主機K1現場測速機信號。其次是控制柜內各電器元件的安裝及控制線路的安裝，由于夾送輥電機變頻器控制的原理和車間運輸輥道變頻器控制系統的原理相同，所以整個控制柜的接線對照運輸輥道控制圖紙進行安裝。

2.3.1 變頻器的選擇

變頻器的選型應滿足的條件為：(1)變頻器的電壓等級應與控制電機相適應。(2)變頻器的額定電流為控制電機額定電流的1.1～1.5倍。(3)變頻器類型的選擇要根據被控對象的負載特性來進行。

2.3.2 斷路器的選擇

變頻調速系統斷路器的作用有兩方面，一是針對變頻器輸入側發生短路時，能夠及時切斷電路進行短路保護；二是與電源隔離，將部分或全部電氣設備或線路投入或退出運行。斷路器容量的選擇需要從以下幾個方面考慮；(1)變頻器的進線電流是脈沖電流，其尖峰值可能超過額定電流；(2)變頻器接通電源的瞬間，電容器的充電電流可達到2-3倍的額定電流；(3)變頻器通常允許的過載能力為150%/min。一般在實際選型時，要滿足以下使用要求：斷路器額定電流≥(1.3～1.4)變頻器額定電流。

2.3.3 制動單元的選擇

變頻器上的制動單元，是用來接通耗能電路，用于消耗電能的。當異步電機運行在發電制動狀態時，系統的機械能轉化的電能積聚在變頻器的直流部，直流部電壓會升高，制動電阻如果燒壞，后果將導致電機失去制動或者變頻器過壓。異步電動機工頻運行時，可以在電動與發電之間自由轉換，變頻調速，阻止了電機發電制動的能量回饋通道。制動單元容量的選取需要和變頻器的容量相匹配。制動單元可分內置式和外置式二種，前者是適用于小功率的通用變頻器，后者則是適用于大功率變頻器或是對制動有特殊要求的工況中。從原理上講，二者并無區別，都是作為接通制動電阻的“開關”，包括功率管、電壓采樣比較電路和驅動電路。

2.3.4 主電路電纜及控制線路的選擇

電源和變頻器之間的主電路電纜的選擇，通常應保證其線路壓降在2%～3%以內。若配線距離較長，考慮到通常輸入測功率因數較低，應本著宜大不宜小的原則，選用線徑較大的電線，以減少低速運行時的壓降影響。

變頻器和電機之間的控制電路電纜的選擇則要考慮機械強度、規格、電壓降等問題,與控制電源及外部供電電源有關的電路，一般選用2平方毫米以上的導線，操作電路及信號電路則選用0.75平方毫米線徑以上的導線。但必須注意的是，控制變頻器的信號為微弱的電壓或電流，因此電源以外的導線應選用屏蔽線或屏蔽雙絞線，且其布線必須符合行業規范,以免引起干擾。

3 夾送輥電機變頻改造過程

3.1 變頻器型號選擇

選用西門子6S7031-2EF60型55KW變頻器。控制柜內各電器元件的名稱及型號見表1。

表1 控制柜內各電器元件的名稱及型號表

3.2 控制柜線路安裝

由于夾送輥電機變頻器控制的原理和車間運輸輥道變頻器控制系統的原理相同，所以整個控制柜的接線對照運輸輥道控制圖紙進行安裝接線，安裝后的控制柜如圖1所示。

圖1 夾送輥變頻器控制柜

3.3 變頻器參數設定

3.3.1 6ES7031-2EF60技術參數

輸入:3AC 380V...480V 136A 50Hz/60Hz

輸出 :3AC 0V～380V...480V 124A 0...500Hz

最大輸出：169A

由于變頻器放置在倉庫的時間超過一年，所以我們使用整流單元充電方法，將參數P408=60，選定功能P052=20，然后合閘啟動整流單元給中間回路充電，結束充電時躍入運行狀態顯示，等待運行。快速調試必須在變頻器驅動電機前進行，參數p0010設為1、p3900設為1，對變頻器進行快速調試后，進行電動機數據計算，并將其它參數恢復到其缺省設置值。在矢量控制或直接轉矩控制方式下，為了準確控制，必須向變頻器輸入正確的電動機數據，針對1#夾送輥電機銘牌上的數據改了如下參數:

3.3.2 內控參數設定

出廠參數設定：

P053=7允許 CBP+PMU+PC 機修改參數

P60=2固定設置,參數恢復到缺省

P366=0 PMU 控制

P970=0啟動參數復位

執行參數出廠設置，只是對變頻器的設定與命令源進行設定，P366參數選擇不同，變頻器的設定和命令源可以來自端子，OP1S，PMU。電機和控制參數未進行設定，不能實施電機調試。

P60=5簡單應用參數設置，在出廠參數設置的基礎上，設定電機控制參數

P071=進線電壓(變頻器400V AC)

P95=10 IEC 電機

P100=3不帶編碼器的矢量控制

P101=電機額定電壓(380V)

P102=電機額定電流(85A)

P107=電機額定頻率(50HZ)

P108=電機額定速度(985r/min)

P114=0自動參數設定成可靠的運行

P115=1自動參數設置

P368=2固定設定和端子排

P370=1啟動簡單應用參數設置

P60=0結束簡單應用參數設置

P128=最大輸出電流(85A)85A

P571=6 PMU正轉

P572=7 PMU反轉

P462=2從靜止加速到參考頻率的時間，P463=30(單位為秒S)

P464=2從參考頻率減速到靜止的時間，P465=30(單位為秒 S)

P918= DP總線地址(82)重點注意DP通訊地址站號，保證地址正確，如果地址沖突，整條線的通訊都會出現故障。

P734.1=32裝置狀態字1

P734.2=148傳動的速度反饋

P734.3=22變頻電流反饋

電腦上STEP7程序里設置如圖2。

圖2 STEP7設置

3.4 調節速度曲線

首先將變頻器通過PLC啟動，然后利用速度控制程序給變頻器以速度參考值，并且打開趨勢畫面觀察上面顯示的速度上升曲線。根據速度上升過程中得曲線，改變P462斜坡上降時間這個參數來實現使速度均勻上升，盡可能保持平滑，并且到達最大速度后的超調盡可能的小。設置完成后將變頻器再啟動，并且將速度提升到最大，然后再將變頻器的速度降到0，現場觀察變頻器電機從最大速度到靜止所需要的時間，改變P464斜坡下降時間這個參數的時間來實現夾送輥平穩停止。

3.5 改造后狀況

1#夾送輥由直流調速裝置控制改為變頻控制后，運行情況良好，速度穩定，生產順暢。變頻電機拖動重負荷輥后，大大的降低了運轉速度，大大的改善了成品表面質量問題，在升降速過程中，速度跟隨K1軋機速度升降較為平穩，大大降低了憋鋼翻料的可能性。總而言之，這次1#夾送輥電機變頻改造的效果較為理想，既提高了產品的產量和質量，又為帶鋼車間各項指標的完成提供了保障。改造前后夾送輥故障比較，見表2所示。

表2 改造前后夾送輥故障比較

改造前更換夾送輥電機的周期為二月一次，改造后更換夾送輥周期為一年一次，且修理內容僅為電機常規保養。

改造前處理堆鋼時間平均每月5h，改造后夾送輥處基本無堆鋼現象，且產品表面質量穩定，大大減輕了工人勞動強度。