摘要： 本文介紹了SIEMENS的SINAMICS S120系列變頻器在三輥無縫鋼管熱連軋中的應用，SINAMICS S120變頻器的配置及使用亮點。

關鍵詞：  SINAMICS S120  Profibus-DP  基本型電源模塊BLM、非調節型電源模塊SLM、調節型電源模塊ALM

1．  項目背景： 

      連軋管機組是高效生產無縫鋼管的軋管機機組，是將穿孔后的毛管套在長芯棒上，通過一組由4～11（一般為5～9）個互成90°（或60°）的連續布置的二輥（或三輥）式機架對其進行軋制成荒管，從而實現高度的機械化和自動化的軋管方式。

      三輥式連軋管機在軋制時變形更均勻，軋制壓力更小，荒管表面質量更好，尺寸精度更高，是對二輥連軋管機的發展；可通過調整軋輥改變孔型參數，用一套軋輥和芯棒生產相鄰規格的成品。

      我公司在江陰華潤制鋼有限公司7英寸無縫鋼管軋機工程中承擔了全線的傳動系統和除連軋機、定徑機、排管鋸、爐子以外的基礎自動化工作。

2．  設備概況：

附圖一、三輥無縫鋼管熱連軋簡圖

      穿孔后毛管由運輸機構快速運輸至連軋機前臺，芯棒由芯板限動小車夾持送入毛管內，芯板限動小車由4臺電機通過驅動減速機帶動限動齒條，齒條前部有夾持裝置；毛管由限動裝置和夾送裝置一起送入連軋機，連軋機咬鋼后軋輥輾軋毛管依次進入下一個機架，同時由被輾軋金屬的摩擦力帶動芯棒前進，限動小車提供反作用力，使得芯棒能夠在整個軋制過程中均以設定的恒定速度運行，軋制過程結束時荒管由脫管機脫出，芯棒則由芯棒限動裝置帶動而快速返回到初始位；荒管由運輸機構至定徑機，經定徑機定徑和延伸后成為鋼管。連軋機和脫管機孔型簡圖如下：

附圖二、連軋機和脫管機孔型簡圖

      主軋機、脫管機、張減機的每個機架都由3個軋輥，每個軋輥都有自己獨立的傳動系統。定徑機的孔型與結構和脫管機基本一致。

      這種結構的使用對傳動系統的動態特性和精度有更高的要求。基礎自動化用戶選擇使用SIEMENS的PLC作為控制核心，進行設備、工藝和傳動的控制。工廠部分用戶將利用現有廠房的一部分進行擴建，電氣室的預留空間有限，要求電控系統占地盡可能小。

1． 電氣傳動的選擇：

      經過對市場主流變頻器的性能、價格、技術的以及本項目的實際情況我們最后選擇了西門子的SINAMICS S120系列變頻器做為交流電機的傳動系統。SINAMICS S120是6SE70的升級，其優點主要是外形尺寸大大縮小；噪音大大減低；控制器從傳動單元中獨立了出來，1個控制器可以控制4臺矢量控制的傳動單元，這樣許多原來需要在PLC中完成的工藝性互聯可以在傳動控制器中完成，由于中央控制單元中已經保存有所需要的全部信息，所以無須費時費力地傳輸數據。各軸的互聯可在一個控制單元內實現，并且在 STARTER 調試工具中簡單點擊鼠標即可進行組態。

2． 電氣傳動方案：

      傳動裝置采用SINAMICS S120多傳動的共用直流母線結構形式（AC/DC整流+DC/AC逆變），S120的AC/DC整流共有三種類型：基本型電源模塊BLM、非調節型電源模塊SLM、調節型電源模塊ALM。本項目兼顧軋制工藝和項目成本的需要，選擇采用基本型電源模塊BLM加非調節型電源模塊SLM混裝的模式。傳動負載和時間曲線見下：

附圖三、軋機時間和負載曲線

附圖四、限動時間和負載曲線

      脫管機、定徑機的負載曲線和軋機的類似，根據負載曲線可知傳動機構為正向運行，只有設備停機和事故急停需要能量回饋，確定軋機、脫管機、定徑機的AC/DC為整流裝置功率大于回饋裝置功率；限動機構為正反向運行，反向為能量回饋，其AC/DC為整流裝置功率等于回饋裝置功率。軋機、脫管機、定徑機的每一個機架為一個傳動組，工藝要求一個機架3臺電機轉速要一致，力矩要平衡。限動4臺電機要保證轉速和力矩的平衡。根據以上工藝需求把軋機、脫管機、定徑機、限動的共100臺電機分成33個控制組，每個組的逆變器共用1個控制器（CU）。傳動裝置的功率計算是根據電機的負載情況確認逆變單元和整流裝置容量，本文就不在敘述。有代表性的傳動單線圖見下圖：

附圖五、軋機傳動單線圖

附圖六、限動傳動單線圖

附圖七、脫管機傳動單線圖

5.項目實施 

      采用SINAMICS S120多傳動方案后，DP的接線大大減少，1個控制器CU只需1個DP接頭，1個CU可以通過DRIVE-CLiQ電纜連接最多4個矢量控制的功率單元。例如附圖九連軋機每一架只有2個DP接點，而更新前的6SE70裝置則需要配置6個DP接點。系統抗干擾能力有了明顯改善；

附圖八、軋機每一架DP和DRIVE-CLiQ網絡圖

      SINAMICS S120把傳動單元和控制器獨立開來，也有利于減低用戶的備件成本；一個控制器控制多臺傳動裝置，速度和力矩主從實現也更方便，控制效果也更理想，成品質量將更有保障；調試界面也更加友好，在控制器中編程將更容易。

附圖九、主傳動速度給定

附圖十、從傳動給定

附圖十一、傳動激活droop功能

SINAMICS S120的傳動模塊比其升級前的6SE70變頻器有了較大的設計改進，成套后總的柜體尺寸比選擇6SE70減少了約三分之一，傳動裝置的噪音也得到大大改善；采用新方案后整流回饋裝置也不再需要自藕變壓器，故障率得以大大減低。

6.結語 

      SINAMICS S120是德國西門子公司新推出的工程型變頻器，S120變頻器基于Drive CLiQ器件級智能網絡和模塊化組件，拓撲結構靈活，極大方便了系統組態和診斷、維護。本項目傳動系統采用SINAMICS S120很好的滿足了三輥無縫鋼管熱連軋的生產工藝的需求；也很好的適應了用戶要求利用部分舊廠房的需要。

作者簡介：

閆文秀（1975.08-），男，太原科技大學工業自動化專業畢業，現就職于太原重型機械集團有限公司技術中心軋鋼所，工程師。電話：13935155572，E-mail：369012270@qq.com