应用案例​

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Application case

一、        横切线负载的性质与控制方案的选择

     整条横切线全线共有各种大小交流感应电机200多台，并且这些电机均要求工作在频繁起制动状态，属频繁起、制动工况，恒力矩负载，并有不规则的负载冲击。且工艺要求整个系统具有良好的调速性能和调速精度。

     根据工艺方提供的数据，贯穿全线的辊道制动占空比高达25%以上。在辊道传送钢板时，负载惯性很大，电动机由变频器拖动时，电动机在减速和停止过程中处于发电状态，从电机大量反馈回直流环节的能量将抬高直流环节电压。过高的直流母线电压将对装个低压传动系统产生致命的影响。处理反馈能量的方法有许多种，理想的是采用公用直流母线系统。公共直流母线系统是在多电机交流调速系统中，采用单独的整流/回馈装置为系统提供一定功率的直流电源，调速用逆变器直接挂接在直流母线上。当系统工作在电动状态时，逆变器从母线上获取电能；当系统工作在发电状态时，能量通过母线由回馈装置经过自耦变压器回馈给电网，以达到节能、提高设备运行可靠性、减少设备维护量和设备占地面积等目的。

二、        整流系统设计和构成

      根据这些工艺特点和要求，我们在低压传动系统中采用了西门子公司公共直流母线技术，将整个低压传动系统根据不同的工艺段划分成三段母线，1段和3段母线各由1台870KW整流/回馈单元供电，2段母线由两台870KW整流/回馈单元并联供电（把两台额定电流和规格等技术数据相同的整流功率单元，使用一根西门子专用的50芯扁平电缆将两组整流器功率单元并联，由一个控制单元控制两台整流器同时工作）。所有逆变器均挂接在直流母线上，构成三个公共直流母线调速系统。

三、        逆变系统设计和构成

      对于矫直机、切边机、飞剪等传动性能要求较高的电机均采用单机控制，在电机侧均安装有增量型编码器，逆变器采用具有矢量控制功能的西门子6SE70系列逆变器，控制方式选用带速度反馈的闭环矢量控制方式，大大提高了系统的精度和动态响应。对于大量的辊道电机采用成组传动方法，由一台大的逆变器带多个辊道电机，这样大大减少了逆变器的数量，简化了系统配置和系统结构，既节省了安装空间又减少了用户的投资。这些逆变器利用脉冲宽度调制方法（PWM）将直流母线系统的直流电压逆变生成一个交流的频率、电压可调交流电压，达到调节交流电机速度的目的。控制和给定信号由PLC运算后通过PROFBUS-DP网络传给每套驱动装置，增加了系统的响应速度和控制精度及系统的抗干扰能力。整个系统的结构如图1所示。

四、整流系统调试

      整流器上电调试前，检查母线正负之间以及正负对地绝缘，检测两组整流器进线主电源的相序和电压，确保正常后，上控制电源，进行相关参数设置，主要包括语言环境、传动配置、电源电压、功率部分配置、电流限幅、回馈制动选择、预充电时间等参数，之后启动合闸命令，开始给中间回路预充电，预充电持续时间根据功率单元的容量及在库房存放时间设定，通常在30分钟以上，当预充电结束后，进行电路识别，在PMU面板上重新显示°009后，表示整流器调试成功完成，整流器可以合闸送电，通过参数P006可以看出在直流侧有540V左右的直流电压。

五、逆变系统调试

1）空载调试

      电机动力电缆及编码器等信号线都具备调试条件后，对线路检测一切正常，给逆变器上控制电开始调试。首先根据功率模块的订货号，对功率部分进行定义。之后对电子板部分参数设置，完成Profibus_DP等通讯板的硬件组态和参数设定。之后进行系统设置，根据电路原理和系统实际，进行滤波器、电机型式、控制方式、电机数据、相关的过流、过载等保护参数设定，开始电动机的静动态识别及电流环和速度环的优化。然后依据传动理论和剪切工艺要求，测试速度稳态精度小于0.05%（见图2）,速度响应时间小于60ms（见图3），电流环响应时间小于10ms（见图4），然后驱动电动机正反向加减速观察力矩分量输出平稳正常（见图5）。

至此，电动机的空载调试成功完成。

2）  切边剪上下辊负荷平衡、速度同步控制调试

      单侧（操作侧或传动侧）剪刀为一台变速箱由两台电动机驱动，即属于传动的“机械耦合”控制范畴，需要考虑两台电机转矩的平衡和速度的一致性，因此要对上下辊的两台电动机进行主从控制设定。即“主”工作在速度控制模式（p100=4），“从”工作在力矩控制模式(p100=5)。“从”接受“主”的控制信号和力矩设定值，通过SCB2板卡实现“点对点”通讯。首先调试操作侧的电机，将SCB2板卡组态好后，将“主”中要发送的起停控制信号和力矩设定等参数和“从”中需要接收的参数分别在两台变频器中设置好，开始“点动”起车，逐步加速，通过Trace功能，观察两台变频器的速度反馈和力矩输出曲线，确保两台电机的速度和输出力矩相同，重点观察两台电动机在高速和加减速过程中的力矩和速度变化是否一致，测试速度和力矩两条曲线一致性很好，变速箱无异常，“机械耦合”调试成功。传动侧同样方法调试。

3）操作侧和传动侧两台切边剪之间的同步控制

      在操作侧和传动侧的本机“机械耦合”调试成功后，将要考虑操作侧和传动侧剪切时行程高度同步的问题，但两侧的机械设备之间没有任何机械耦合联系，实现高度同步性有一定的困难。依据切边剪功能规格书描述，要求切边剪每转一圈两侧的角度差要小于0.15度即达到行程同步的标准，也就是说切边剪的行程同步是以角度来计算的。考虑同步性和快速性的综合原因，然后选择了运行T400平台上的角同步控制程序SPA440，对该程序做相应设置后叠加到速度环上，这样电气传动系统中，形成电流环、速度环、角度环的多环控制系统。

      以操作侧剪子为从，传动侧剪子为主，结合SPA440的控制功能图，将T400装在操作侧的变频器上，然后把操作侧“主”电动机和传动侧的“主”电动机的增量编码器信号分别接到T400的编码器信号端上。

      操作侧和传动侧的“主”电动机增量编码器信号准确无误传输到T400板卡上，经SPA440软件中的速度和位置检测部分程序计算出两侧的角度差，通过角度控制器进行角度差的闭环调节，调节目标量为0度，调节量为测算出的角度差，调整比例系数Kp和积分常数Tn使之配比，保证角度调节器的输出量为好的状态。之后将角度调节器的输出量作为速度附加给定值叠加到操作侧的速度附加设定通道上，作为辅助调节量调节操作侧的电动机速度，使操作侧电动机转速无限接近传动侧电动机转速，从而实现了操作侧和传动侧电动机剪切时的行程同步，即角度偏差小于0.15度（见图6）。

带载试车后，监控角度差曲线振幅为0.10，达到了工艺及设备要求。

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