MD880逆變器在泰鋼冷軋800 mm酸洗擠干輥上的應用

許海濤，劉建星，劉 濤，李豐磊，侯立國

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南 271100）

1 前言

泰鋼冷軋800 mm酸洗擠干輥傳動裝置采用的是西門子6SE70系列傳動逆變器，該裝置已使用15 a，元件老化，故障率逐年增加。

近年來，每月平均故障時間達到了120 min，嚴重影響了酸洗機組的正常生產。由于該系列傳動裝置已經退市，所以該系列傳動裝置備件價格昂貴，采購周期較長，一旦出現故障，只能使用庫存件進行更換或者對故障件進行維修，或者更新換代為S120。若升級為S120，參數及裝配方式都會發生變化，大大增加了現場維護的難度。同時由于使用量大，而且西門子維修服務費用高昂，導致維護成本暴增。隨著電力電子技術、計算機技術以及自動控制技術的迅速發展和日趨成熟，國產變頻器以匯川、禾望等為代表的變頻器廠家迅猛發展，矢量控制技術逐漸成熟，在低壓交流調速領域已能挑戰國外品牌的市場地位。

通過對國產變頻器的性能分析，本次改造擬用匯川MD880-50M系列傳動逆變器升級原西門子6SE70系列逆變器，達到降低電氣設備故障率、提高生產效率、節約成本的目的。

2 性能比較及改造優勢

6SE70系列變頻器是由德國西門子公司研發、生產、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調節三相交流異步電機的速度。在中國市場上早期的西門子變頻器主要有電流源的SIMOVERT A和電壓源的SIMOVERT P，其后在中國市場大量銷售的主要有MICRO MASTER和MIDI MASTER，以及西門子變頻器最為成功的一個系列SIMOVERT MASTERDRIVE，即6SE70系列。它不僅提供了通用場合使用的AC變頻器，也提供了在冶金、造紙、化纖等特殊行業使用的多電機傳動的共直流母線方案。

MD880-50M系列是匯川技術推出的低壓、工程型逆變產品，具有功率密度大、結構緊湊、可靠性高等特點，能夠實現電機的V/F控制、無編碼器矢量控制（SVC）、有編碼器矢量控制（FVC），在技術性能方面與西門子市場流行的S120系列逆變器媲美。MD880-50M系列逆變模塊含400 V和690 V兩個電壓等級，可用于構建額定功率從3.7 kW到7 100 kW的逆變器。單個逆變模塊最高額定功率為710 kW；多個模塊通過并聯可以實現更高系統輸出功率，適用于造紙、冶金、試驗站、起重設備、石油鉆機、礦山工程機械等需要單軸或多軸傳動的驅動場合。具體如表1所示。

表1 6SE70逆變器與MD880逆變器性能參數對照

（1）改造西門子變頻器，不需要更改上位機程序，MD880高性能多機傳動變頻器與西門子PLC通訊完全兼容，實現硬件+軟件無縫替換。

（2）公共直流母線設計，大大節省了MCC低壓開關設備與進線電纜，減小了安裝尺寸和空間。

（3）配置了AFE主動式前端有源整流，不僅能夠將制動能量回饋到電網，而且始終控制電網側功率因數為1，網側電流諧波THDI小于5%，完全杜絕了對電網的污染；模塊化結構配置，H8快插結構設計，方便模塊的維護與更換，單個模塊故障時，可將平均故障恢復時間縮短到1 h以內。

（4）直流側隔離刀閘、刀熔與緩沖的配置，能夠實現在線維護功能，單個模塊故障的情況下，能夠實現不停機更換模塊，大大提高了生產效率。

（5）調試便捷，軟件內置電機算法模型，在負載電機不具備通電條件的情況下，可以提前模擬上電調試，大大縮短了調試周期。

3 方案實施

3.1 工作原理

整流模塊將工頻交流電源轉換為直流電源，直流電源通過直流母線分配至所有逆變模塊，逆變模塊再將直流電源轉換為頻率可調的交流電源，驅動電機旋轉。其中每個逆變模塊在與直流母線連接時需要外加直流熔斷器。典型傳動電氣系統如圖1所示。

圖1 典型傳動電氣系統

3.2 硬件選擇

匯川MD880逆變器與同功率西門子公司6SE70系列多傳動逆變器外形尺寸相比較，具有下列特點：（1）改造框架外形尺寸與原6ES70相同，無需更多的柜內空間；（2）改造框架安裝尺寸與原6SE70相同，無需修改原柜內安裝開孔；（3）改造框架直流進線接線位置與6SE70相同，無需修改原進線母排。

MD880逆變器配置了框架后，外形尺寸以及直流母線的進線位置與同功率6SE70完全相同，所以從安裝角度上，可以實現直接“抽舊換新”，而無需考慮柜體空間、附件配置等其他安裝問題，直接將6SE70西門子逆變器更換為MD880逆變器。

3.3 軟件調試

（1）安裝HPG-10編碼器擴展模塊用于實現帶編碼器的閉環矢量控制；安裝HDP-10通訊擴展模塊用于實現DP網絡連接；安裝SOP-20-880智能操作鍵盤用于實現人機交互。

（2）使用Drive Monitor查看原6SE70參數。包括電機參數：額定電壓、電流、轉速等。編碼器參數：每圈脈沖數等。I/O參數：DI/DO，AI/AO等（這部分參數涉及硬件設計、確定逆變器選型、編碼器接口板選型、柜門指示及輔助控制設計）。通訊參數：狀態字、控制字、參考值等（這部分參數涉及通訊調試）。靜態識別參數：勵磁電流、主電感、定子阻抗、總漏抗等。動態識別參數：比例、積分時間、慣量、摩擦轉矩、轉子電阻等。斜坡函數參數：加減速時間、圓弧時間等（這部分參數涉及性能調試，可以用來修正電機的辨識參數，修正帶機械設備后的速度環參數等）。

（3）通 過MD880標 準PC調 試 軟 件InoDriveStudio，將解析的6SE70電機參數、編碼器參數、I/O參數、通訊參數、靜態識別參數、動態識別參數、斜坡函數參數，準確輸入MD880裝置。

（4）MD880采用了位、字連接器的方式，可以靈活地配置控制字和狀態字，保持與原變頻器一致，接收來自PLC的控制字可以按位來自由連接，由B組（控制通道）、C組（設定值通道）參數完成選擇；將實際速度、電流等信號發送給PLC，并通過設置通信基值，保證對應關系為100%→16384，實現無縫對接。

（5）通過MD880的HCU，擴展HDP-10通訊卡，建立與西門子S7-400PLC的ProfiBus DP通訊連接；MD880的GSD文件與西門子6SE70的GSD文件兼容，可以不修改S7-400PLC HW Config中的配置。

4 結語

通過對泰鋼冷軋800 mm酸洗擠干輥逆變器改造，達到了預期的目的。一方面，節約了維修成本，更換12臺MD880逆變器后，2021年6月—2022年5月未外出進行維修，比2018年和2019年減少維修費用約5萬元。另一方面，降低了設備故障，提高了生產效率，降低了酸洗加工成本。

2021年6月—2022年5月，800 mm酸洗線因擠干輥逆變器故障造成的設備停機時間降為零，提高了生產效率，班產由改造前的每班不足50件提高到改造后的平均每班54件，成效十分顯著。