摘 要：本文介紹了通過西門子DP網(wǎng)絡(luò)、AB矢量變頻器等多種技術(shù)在中板粗軋交流壓下電控系統(tǒng)應(yīng)用過程中所出現(xiàn)的電機(jī)溫度高、燒毀電機(jī)、傳動(dòng)與操作兩側(cè)負(fù)荷不平衡技術(shù)問題的原因分析及其解決方案。 關(guān)鍵詞：矢量變頻 負(fù)荷平衡 電機(jī)燒毀 Abstract: The DP network of the SIMENSE and the AB vector frequency are adopted in the AC system of the thick roll in The Medium Plate Plant. In the process, there are many problem . For example the high temperature of the motor and the burn of motor and the imbalance of the load on the drive and operate. The project introduce the technology problem and settle precept. Keywords: the vector frequency ; the balance of the load ; the burn of the motor ; 1.前言 　　粗軋壓下控制系統(tǒng)是中板廠“三改四”系統(tǒng)工程中的粗軋機(jī)輔傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)子項(xiàng)目，也是粗軋機(jī)系統(tǒng)工程中的非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在現(xiàn)在全國(guó)軋鋼行業(yè)中，絕大多數(shù)軋機(jī)壓下電機(jī)均用直流調(diào)速系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是直流調(diào)速技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良。缺點(diǎn)是直流電機(jī)由于其本體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)刷架、碳刷、整流子等等，電機(jī)在軋機(jī)頂部震動(dòng)、粉塵、高溫等惡劣運(yùn)行環(huán)境下，帶來了電機(jī)維護(hù)上的很大困難，也提高了維護(hù)成本。 　　當(dāng)前控制領(lǐng)域，矢量變頻技術(shù)已經(jīng)成熟并且得到了極為廣泛的成功應(yīng)用，本次工程項(xiàng)目中能夠引入了AB公司的矢量變頻技術(shù)，軋機(jī)壓下電機(jī)采用佳木斯200KW交流電機(jī)。冷卻系統(tǒng)為水冷風(fēng)包系統(tǒng)。在矢量變頻壓下調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用初期，出現(xiàn)了很多的技術(shù)應(yīng)用上問題和難題。出現(xiàn)了電機(jī)溫度傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)長(zhǎng)期不一致，溫度較高現(xiàn)象，操作側(cè)電機(jī)燒毀重大設(shè)備事故。經(jīng)過技術(shù)人員對(duì)矢量變頻技術(shù)的不斷學(xué)習(xí)、查閱大量技術(shù)資料后，通過一段時(shí)期的技術(shù)攻關(guān)后，最終徹底解決了壓下電機(jī)起動(dòng)速度慢、運(yùn)行不穩(wěn)定，操作與傳動(dòng)兩側(cè)運(yùn)行負(fù)荷不平衡、燒毀操作側(cè)電機(jī)等一系列技術(shù)應(yīng)用中的難題。實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)在粗軋壓下中的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。使粗軋壓下系統(tǒng)成為真正意義的“免維護(hù)”系統(tǒng)，大大地降低維護(hù)成本，節(jié)省了人力資源。 2.粗軋壓下矢量變頻技術(shù)應(yīng)用介紹 　　該控制系統(tǒng)是粗軋輔傳動(dòng)系統(tǒng)西門子PLC S7 400、ET200分站、上位機(jī)、AB矢量變頻器、交流變頻電機(jī)YP235L-8 200KW 518rpm 2臺(tái)、美國(guó)MTS絕對(duì)值位移傳感器組成的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)。PLC主要完成對(duì)矢量變頻器的控制，接收由操作臺(tái)3#壓下ET200分站采集到的模擬量給定信號(hào)并通過控制室內(nèi)分站的模擬量輸出模塊輸出送給AB矢量變頻器做為給定信號(hào)，并完成變頻器合、分閘、允許及單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)，手動(dòng)、自動(dòng)的繼電控制。上位機(jī)主要負(fù)責(zé)和PLC進(jìn)行通訊，實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控和在線修改程序。AB矢量變頻器接收給定信號(hào)后，根據(jù)模擬信號(hào)的大小和正負(fù)來使得變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的快慢和方向。 　　2.1粗軋壓下矢量控制調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)，通過操作臺(tái)轉(zhuǎn)換開關(guān)可實(shí)現(xiàn)操作側(cè)單動(dòng)、傳動(dòng)側(cè)單動(dòng)和聯(lián)動(dòng)三種運(yùn)行方式的選擇。 　?。?）選擇“聯(lián)動(dòng)”模式時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)主、從同步運(yùn)行。該模式下，操作側(cè)為主動(dòng)運(yùn)行，即速度模式運(yùn)行。傳動(dòng)側(cè)為從動(dòng)運(yùn)行模式，即轉(zhuǎn)矩運(yùn)行模式。實(shí)現(xiàn)操作側(cè)壓下電機(jī)和傳動(dòng)側(cè)壓下電機(jī)的同步運(yùn)行，離合器處于失電狀態(tài)，操作與傳動(dòng)側(cè)電機(jī)同軸相連。 　　（2）選擇“操作側(cè)單動(dòng)”模式時(shí)，離合器得電，操作側(cè)電機(jī)為主動(dòng)運(yùn)行，即速度模式運(yùn)行。此時(shí)，封鎖傳動(dòng)側(cè)變頻系統(tǒng)，傳動(dòng)側(cè)電機(jī)不動(dòng)作。 　?。?）選擇“傳動(dòng)側(cè)單動(dòng)”模式運(yùn)行時(shí)，離合器得電，傳動(dòng)側(cè)電機(jī)為主動(dòng)運(yùn)行，即速度模式運(yùn)行。此時(shí)，封鎖操作側(cè)變頻系統(tǒng)，操作側(cè)電機(jī)不動(dòng)作。 　　這樣兩種“操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)單動(dòng)”運(yùn)行模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)操作側(cè)絲杠和傳動(dòng)側(cè)絲杠的單獨(dú)調(diào)整，快速補(bǔ)償在軋制過程中，機(jī)械設(shè)備磨損間隙帶來的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)輥縫值的偏差，從而滿足軋鋼工藝對(duì)輥縫值調(diào)節(jié)的要求。 　　2.2壓下矢量變頻器的原理及其參數(shù)優(yōu)化 　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們對(duì)1336 IMPAC 變頻器的控制板端子設(shè)計(jì)接線入下： 　?。?）操作側(cè)變頻器端子接線說明 　　TB10、TB11接線端子說明： 　　TB3接線端子說明： 　?。?）傳動(dòng)側(cè)變頻器端子接線說明 　　傳動(dòng)TB10、TB11接線端子說明： 　　傳動(dòng)TB3接線端子說明： 　　以上端子設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)壓下電機(jī)的主從控制奠定硬件基礎(chǔ)工作，同時(shí)也為變頻器參數(shù)的設(shè)置提供依據(jù)。 3.技術(shù)應(yīng)用過程的具體難題和技術(shù)攻關(guān)詳解 　　3.1粗軋壓下矢量變頻技術(shù)應(yīng)用中的技術(shù)難題及其解決方案 　　3.1.1粗軋矢量變頻系統(tǒng)帶電機(jī)負(fù)荷調(diào)試初期暴露的問題： 　　3.1.1.1問題小結(jié)： 　　（1）.壓下電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，給定小了，反應(yīng)較慢，電機(jī)出現(xiàn)嗡嗡響聲但是起動(dòng)困難，來回轉(zhuǎn)動(dòng); 　?。?）.大給定起動(dòng)時(shí)，慣性很大，不易控制，致使操作工無法達(dá)到預(yù)期的輥縫值，需要進(jìn)行多次的反復(fù)調(diào)整，才能達(dá)到目標(biāo)輥縫值，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。 　　3.1.1.2.問題解決方案 　　根據(jù)以上問題小結(jié)中（1）、（2）現(xiàn)象的分析，我們查閱1336IMPAC說明書資料發(fā)現(xiàn)為了更加容易起動(dòng)，該矢量變頻器內(nèi)部有磁通預(yù)置功能，即FLUX UP功能。 　?。?）在參數(shù)中設(shè)置P184=19參數(shù)表示在1336-L9控制板上TB3的第27號(hào)端子高電位時(shí)，矢量控制系統(tǒng)將啟用FLUX UP功能，該功能的使用將為電機(jī)增加一個(gè)維持啟動(dòng)電流，加快啟動(dòng)速度。 　　（2）將P013參數(shù)的第“8”位由“0”改為“1”，啟用“fast flux up”功能。 　　（3）在FB30壓下程序包中進(jìn)行對(duì)TB3的27號(hào)端子進(jìn)行編寫程序，實(shí)現(xiàn)當(dāng)壓下模擬量主令處于零位時(shí)延時(shí)10秒維持27號(hào)端子為高電平，啟用“fast flux up ”功能。在這10秒內(nèi)有大約120A的維持電流在變頻電機(jī)內(nèi)部。 　?。?）對(duì)電流限幅值進(jìn)行了降低，由220%改為180%。 　　3.1.1.3.改進(jìn)后的應(yīng)用效果 　?。?）Fast flux up功能的使用，目的就是為了當(dāng)主令回零時(shí)，在10秒內(nèi)再次起動(dòng)時(shí)候，有維持電流，增加了起動(dòng)力矩，達(dá)到快速起動(dòng)效果。當(dāng)投入該功能后針對(duì)“問題小結(jié)”中的（1）、（2）問題馬上得到了解決，操作工反映起動(dòng)速度快了。 　?。?）由于降低了電流限幅，因此轉(zhuǎn)動(dòng)慣性也小了。 　　綜合效果就是操作工既能夠快速起動(dòng)壓下電機(jī)，又能夠準(zhǔn)確地停在目標(biāo)輥縫值上。 　　3.1.2粗軋矢量變頻系統(tǒng)帶負(fù)荷生產(chǎn)初期暴露的問題： 　　3.1.2.1問題小結(jié)： 　?。?）操作側(cè)壓下電機(jī)溫度始終比傳動(dòng)側(cè)壓下電機(jī)高大約15度～35度左右。即傳動(dòng)側(cè)壓下電機(jī)溫度測(cè)量為35度左右時(shí)，操作側(cè)電機(jī)溫度在60度左右，最高可達(dá)到70度。 　?。?）出現(xiàn)操作側(cè)電機(jī)本體動(dòng)力接線柱過熱，有次痕，進(jìn)行臨時(shí)處理。 　?。?）操作側(cè)電機(jī)燒毀一臺(tái)，電機(jī)繞組次。 　　3.1.2.2.問題分析 　　根據(jù)問題小結(jié)中的（1）、（2）、（3）現(xiàn)象的分析，可以判定操作側(cè)的負(fù)荷在實(shí)際生產(chǎn)中，始終大于傳動(dòng)側(cè)電機(jī)。我們進(jìn)行原因分析如下： 　　（1）生產(chǎn)過程為聯(lián)動(dòng)運(yùn)行模式，即操作側(cè)為主動(dòng)、速度運(yùn)行模式，傳動(dòng)側(cè)為從動(dòng)、轉(zhuǎn)矩運(yùn)行模式。傳動(dòng)側(cè)從動(dòng)、轉(zhuǎn)矩運(yùn)行模式下的轉(zhuǎn)矩給定，是來自操作側(cè)的TB10中15、16號(hào)端子模擬信號(hào)，通過硬件控制線路連接的。 　　那么，同一個(gè)給定大小傳到操作側(cè)后再由操作側(cè)通過硬件線路連接傳送到傳動(dòng)側(cè)，那么傳動(dòng)側(cè)的給定大小必定會(huì)有個(gè)滯后，同時(shí)刻操作側(cè)給定信號(hào)與傳動(dòng)側(cè)給定值必定不一致，傳動(dòng)滯后于操作側(cè)系統(tǒng)，即稱為操作側(cè)的一個(gè)負(fù)載。 　?。?）矢量變頻器控制中運(yùn)用了AB公司IMPAC變頻器具備的FLUX UP功能，使得主令回零后仍然有120A電流在電機(jī)內(nèi)，會(huì)增加電機(jī)的發(fā)熱量。 　　3.1.2.3.問題解決方案 　?。?）運(yùn)用HIOKI8841多通道示波器，對(duì)傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)變頻器TB10端子的18、19號(hào)端子電機(jī)電流值的波形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。發(fā)現(xiàn)電機(jī)電流大小差異很大，幅值不一樣，波形也不一樣。 　?。?）調(diào)出傳動(dòng)側(cè)AN IN 2 SCAL 參數(shù)對(duì)來自操作側(cè)變頻器的轉(zhuǎn)據(jù)給定值偏值系數(shù)進(jìn)行修正，由2開始增加，到2.5、2.8、3等，觀察波形開始發(fā)生變化，傳動(dòng)側(cè)跟蹤操作側(cè)運(yùn)行效果改善，可是還是不一致。 　?。?）繼續(xù)調(diào)整，將AN IN 2 SCAL系數(shù)由3上升到3.456后傳動(dòng)側(cè)跟隨操作側(cè)電流變化非常好了。 　　3.1.2.4.改進(jìn)后的應(yīng)用效果 　?。?）操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)電機(jī)輸出電流波形由差異較大，變?yōu)閹缀跸喈?dāng)。 　　操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)波形比較示意圖如下： 　　參數(shù)優(yōu)化前的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的電流波形： 　　從以上示波器，雙通道測(cè)試波形數(shù)據(jù)來看，操作側(cè)壓下電機(jī)電流（黃色）要比傳動(dòng)側(cè)壓下電機(jī)電流（綠色）的最大值高于311A左右在這樣的運(yùn)行電流下進(jìn)行長(zhǎng)期生產(chǎn)，電機(jī)的本體溫度自然會(huì)產(chǎn)生很大的差異。 　　參數(shù)優(yōu)化后的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的電流波形： 　　從以上示波器，雙通道測(cè)試波形數(shù)據(jù)來看，操作側(cè)壓下電機(jī)電流（黃色）與傳動(dòng)側(cè)壓下電機(jī)電流（綠色）相比較，幾乎相當(dāng)。跟隨行很好，實(shí)現(xiàn)了很好的負(fù)荷平衡效果。 　?。?）操作側(cè)變頻電機(jī)在10小時(shí)運(yùn)行過程中溫度由70左右，逐步下降到了36度左右，與傳動(dòng)側(cè)的35度幾乎一樣。 　　綜合效果就是操作工既能夠快速起動(dòng)壓下電機(jī)，又能夠準(zhǔn)確地停在目標(biāo)輥縫值上，由改進(jìn)前的粗軋軋制一塊鋼需要76秒，變?yōu)楦倪M(jìn)后的54秒，大大加快的生產(chǎn)節(jié)奏。為我廠“三改四”工程的快速達(dá)產(chǎn)達(dá)效起到了關(guān)鍵的一步。 4.經(jīng)濟(jì)效益分析及其結(jié)束語 　　矢量變頻技術(shù)在粗軋壓下系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，大型直流電機(jī)的交流化進(jìn)程，樹立了信心，同時(shí)也積累了很多的技術(shù)應(yīng)用中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步推廣矢量變頻技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用樹立了應(yīng)用范例。該技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了粗軋壓下電機(jī)系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了生產(chǎn)節(jié)奏，節(jié)省了備件費(fèi)用，減少了對(duì)電機(jī)本體的維護(hù)量，降低了維護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度，為總公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。