摘要：本文介紹了交、直流驅動裝置在中板粗軋壓下系統中的成功應用。這兩次應用分別以AB交流變頻器和西門子直流數字裝置為核心，構架各自的網絡控制系統。文章對二者的應用效果、技術難點、參數優化進行了對比分析。

關鍵詞： 交流變頻器 ；直流數字裝置；性能對比；

The Application and Compare Analyse of The Control System of AC & DC in the System of Depressive on the Thick Rolling Mill

(The Medium Plate Plant of Jinan Iron and Steel Co. Ltd. ,Jinan 250101,China，Chen Jinbiao，Zhou Tao， Duan Wenyu，Li Wei，Li Desong)

Abstract： This article introduced  the successful application of the AC & DC drive device on the depress system of the thick  rolling mill in the middle plate factory .The twice application trussed the net structure according to the AC transducer of the AB and DC numeric device of the SIEMENS as the core. The article compared and analysed the effects of the application and the difficulties of the technology and the optimize of the parameter. 

Keywords: ; AC TRANSDUCER ；DC NUMERIC DEVICE  ; THE COMPARE OF CAPABILITY ;

1． 前言

     當前控制領域中，矢量變頻技術已經成熟，并且得到了極為廣泛的應用。粗軋壓下控制系統項目中，首先應用了AB公司的矢量變頻技術，軋機壓下電機采用交流電機，冷卻系統為水冷風包系統。應用中，出現了很多的技術問題和難點。經過不斷學習、實踐、摸索，最終徹底解決了壓下電機起動速度慢、運行不穩定，操作與傳動兩側運行負荷不平衡、燒毀操作側電機等一系列技術應用中的難題。但是，在隨后的生產實踐中，我們發現在粗軋壓下頻繁正反轉、大力矩、高溫環境、快速響應等要求下長期運行，對電機本體要求很高，仍然存在著非常大的潛在的風險和隱患。

     因此，在應用AB矢量變頻技術的一年后，我們將交流系統改為以西門子直流數字裝置為核心的直流系統。直流調速技術應用已經非常成熟，靜態、動態性能優良。通過SIMOLINK主從控制的應用，實現了直流系統的優勢。滿足了工藝生產的要求，實現了直流電機在粗軋壓下中的長期穩定運行。使粗軋壓下系統成為真正意義的“免維護”系統，大大地降低維護成本，節省了人力。下面就讓探討一下，交、直流系統在粗軋壓下這個環節中的應用對比與技術問題。

2． 硬件組成及其對比

2.1粗軋壓下交、直流系統硬件異、同點介紹

2．1．1相同部分：

     均由軋輔傳動系統西門子PLC S7 400、ET200分站、上位機、交流變頻電機YP235L-8 200KW 518rpm 2臺、MTS位移傳感器、DC220V直流裝置及其離合器系統組成。

2．1．2不同部分：

     （1）拖動系統分別使用了AB矢量變頻器和SIEMENS直流6RA70數字裝置；

     （2）電機冷卻中，交流壓下為水冷風包系統，直流電機我們采用了強迫低溫風冷風機；

     （3）交流系統中沒有電抗器，直流系統增加了進線和出線電抗器；

2．2矢量變頻器的主從控制板

     （1）操作（主動）側變頻器端子接線說明

      TB10、TB11接線端子說明：

（2）傳動（從動）側變頻器端子接線說明

      傳動TB10、TB11接線端子說明：

      以上端子設計，為實現交流變頻系統中，操作側和傳動側壓下電機的主從控制奠定硬件基礎工作，同時也為變頻器參數的設置提供依據。

2．3直流壓下電機系統中操作側和傳動側主從控制網構成

     （1）主從控制網絡硬件構成圖：

     （2）西門子主從控制硬件說明

      為了達到高精度同步性，本次設計應用了西門子全數字裝置組件SLB板，操作側、傳動側各一塊來完成主從控制的通訊任務，兩個SLB板間通過專用光纖連接。

      操作側裝置的SLB板發送口用光纖連接到傳動側SLB通訊板的接受口，操作側裝置的SLB板接受口用光纖連接到傳動側SLB通訊板的發送口，實際連接正常后SLB板的通訊燈變為綠色閃爍。

2．4對比交直流系統硬件構成及其功能

     AB矢量變頻技術應用功能的完成最終是通過控制室內的ET200與變頻器進行點對點硬件線路連接，及其AB矢量變頻器內的參數設置來實現；但是，以西門子直流數字裝置為核心的系統中，所有與數字裝置、主從控制等功能，均通過DP網絡、光纖通訊來完成。因此，從硬件構成上，直流調速系統優于交流矢量變頻系統，更加有利于系統控制精度、系統同步、負荷平衡等功能的實現。

3.系統網絡組態介紹及其對比分析

3．1粗軋交、直流變頻網絡組態構架如下：

網絡組態說明：

     其中UR1、UR2以及3號、4號站為粗軋輔傳動系統原來組態，完成前后輥道、東西機架輥道、機后運輸輥道、東西推床等控制任務；

      組態總圖中紅線部分為由交流改直流壓下系統時，新增加的網絡組態，10號、11號站為ET200分站，12號、13號為直流壓下西門子全數字裝置，四個分站均掛于原輔傳動網絡下，既節約了硬件資源，也有利于原輔傳動系統信息與現壓下系統信息的共享利用；

     在12號站和13號站之間通過關纖連接，完成主從控制組態；

3．2網絡構架對比分析：

     （1）交流壓下系統網絡組成中，在控制室內AB矢量變頻器柜內的6號站為系統一個分站，通過硬線連接完成對變頻器TB3、TB10、TB11端子的各項控制功能。

     （2）直流壓下系統，對裝置的控制，均通過DP網絡通訊完成；

     （3）二者間組態的差異直接影響到控制任務響應的速度差異和時時性的差異，在維護中直接表現為交流系統維護量、故障率要大大高于直流系統；

     （4）直流壓下系統的網路通訊方式，為上位機的豐富開發奠定了硬件基礎，直接為壓下系統的日常維護提供了重要的模擬量歷史數據；

4． 系統設計特點及其對比：

4．1粗軋壓下矢量變頻技術應用中的技術難題及其解決方案

4．1．1存在的問題

     （1）.壓下電機啟動時，給定小了，反應較慢，電機出現嗡嗡響聲但是起動困難，來回轉動；

     （2）.大給定起動時，慣性很大，不易控制，致使操作工無法達到預期的輥縫值，需要進行多次的反復調整，才能達到目標輥縫值，嚴重影響生產節奏。

     （3）操作側電機與傳動側電機差異大，且出現多次燒毀傳動側電機事故。

4．1．2解決方案

     根據以上問題小結中的現象分析，我們在參數中設置P184=19參數表示在1336－L9控制板上TB3的第27號端子高電位時，矢量控制系統將啟用FLUX UP功能，該功能的使用將為電機增加一個維持啟動電流，加快啟動速度；運用HIOKI8841多通道示波器，對傳動側和操作側變頻器TB10端子的18、19號端子電機電流值的波形進行監測：發現兩側電機電流的大小差異很大，幅值不一樣，波形也不一樣，通過傳動側AN IN 2 SCAL 參數對來自操作側變頻器的轉據給定值偏值系數進行修正。

4．1．3.改進后的應用效果

     （1）Fast flux up功能的使用，目的就是為了當主令回零時，在10秒內再次起動時候，有維持電流，增加了起動力矩，達到快速起動效果。

     （2）而且，由于降低了電流限幅，因此轉動慣性也小了，夠準確地停在目標輥縫值上。

     （3）將傳動側變頻器給定值系數由2修正為3.5后，兩側電流波形一致了，電機溫度差開始縮小，最后幾乎接近一致。

4．2粗軋壓下6RA70直流裝置技術應用特點

4．2．1上位機特點

     本次軟件設計尤其注意對上位機界面的合理開發，力爭做到對粗軋壓下系統進行全方位、科學、及時連續的監控。為此，在原有粗軋輔傳動系統上位機界面基礎上增加了如下功能：電流、電樞電壓、勵磁電壓、勵磁電流、電機6個溫度測點等的變化曲線對照曲線；操作側和傳動側輥縫趨勢界面；操作側和傳動側軋制力變化趨勢圖等。

     該界面采集了軋制過程中的輥縫變化、全過程軋制力數據，為工藝優化軋制過程提供了直接分析數據。同時為電氣維護人員在出現事故時，提供了又一重要數據分析。

4．2．2本次設計合理的將軋制力通過DP網采集在程序中增加了連鎖信號，只要軋制力超過1200噸，即封鎖壓下直流全數字系統。從技術上完全杜絕了誤操作對壓下電機的潛在威脅，確保了粗軋壓下電機在大負荷、大電流條件下能夠長期穩定運行。

4．2．3本次設計還考慮到了在出現一臺電機意外事故后，用單電機運行模式進行生產的方式。當由于電機本體問題，造成不能夠聯動運行方式，即可以通過切斷離合器6RA70數字直流電源裝置使能信號的方式，操作人員切換到單動運行模式，即可繼續進行生產，不造成長時間停產事故發生。

4．2．4冷卻系統的合理改造：由小電機現場軋機頂部冷區方式，改為由地面25kw電機通過冷卻管道進行強迫風冷方式，大大改善了電機的冷卻方式，而地面冷卻風機的進風來自于控制室內經過空調冷卻的冷風，這樣即使夏季也能確保電機處于低溫冷卻風進行散熱。

5． 應用效果說明

5．1矢量系統改進后的應用效果

     （1）操作側和傳動側電機輸出電流波形由差異較大，變為幾乎相當。

操作側和傳動側波形比較示意圖如下：

      參數優化前的操作側和傳動側的電流波形：

     從以上示波器，雙通道測試波形數據來看，操作側壓下電機電流（黃色）要比傳動側壓下電機電流（綠色）的最大值高于311A左右在這樣的運行電流下進行長期生產，電機的本體溫度自然會產生很大的差異。

參數優化后的操作側和傳動側的電流波形：

     從以上示波器，雙通道測試波形數據來看，操作側壓下電機電流（黃色）與傳動側壓下電機電流（綠色）相比較，幾乎相當。跟隨行很好，實現了很好的負荷平衡效果。

     （2）操作側變頻電機在10小時運行過程中溫度由70左右，逐步下降到了36度左右，與傳動側的35度幾乎一樣。

     綜合效果就是操作工既能夠快速起動壓下電機，又能夠準確地停在目標輥縫值上，由改進前的粗軋軋制一塊鋼需要76秒，變為改進后的54秒，大大加快的生產節奏。為我廠“三改四”工程的快速達產達效起到了關鍵的一步。

5．2直流系統應用效果

     本次系統設計的核心是成功的應用了西門子SIMOLINK通訊，實現了操作側和傳動側電機的主從控制的同步性，實現了優良的負荷平衡效果。

5．  2．１采用SIMOLINK光纖通信方式，完全實現了操作側和傳動側控制的同步性，為電機的長期穩定運行打下了堅實的基礎。通過多蹤示波器檢測，操作側與傳動側系統電流同步性控制誤差僅在90ms以內，大大提高了控制精度。

５．２．２電機冷卻系統優良，操作側和傳動側電機在夏季環境溫度為40度時，仍保持在70度以下運行的良好效果，從而為電機長期安全運行提供了有利的外部溫度保障。

５．２．3系統設計最終實現了主從控制的同步性，電機起動的快速性，定位的準確性，據統計項目應用后每塊鋼開胚時間能夠縮短2秒左右，每班次增產160噸左右，僅此一項每年就可增創效益五百萬元以上。

6． 結束語

     在粗軋壓下系統二者的成功應用中：前者，為大型直流電機的交流化樹立了信心，為進一步推廣矢量變頻技術在工業生產中的應用，積累了很多的技術應用中的實踐經驗。該技術的應用，減少了對電機本體的維護量，降低了維護勞動強度，在能夠很好解決電機散熱問題前提下，可以確保系統長期穩定運行；后者，西門子SIMOLINK光纖通訊技術成功應用于粗軋壓下電機控制系統中，確保了操作與傳動兩側電機的同步性，實現了負荷平衡效果。電機冷卻系統的改造，上位機的合理開發，連鎖信號的科學應用，最終實現了粗軋直流壓下系統的長期穩定運行，電機無故障運行的應用效果。

     總體來看，二者均能夠滿足工藝生產的要求及其參數，但是確保二者系統長期穩定運行的電機本體質量要求和冷卻方式及其效果的要求程度都是不一樣的，矢量變頻系統要明顯高于直流系統構架的要求，因此，我們建議在粗軋壓下這個環節仍然采用直流電機來拖動。

作者簡介

陳錦標，男，30歲，祖籍四川，電氣工程師。2002年7月畢業于新疆石油學院機電工程系，獲工學學士學位。現主要從事電氣控制系統的技術管理與維護，新技術應用等工作。

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