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趙利明
（宣化鋼鐵公司煉鋼廠計控車間 河北 075100）
摘 要 本文主要介紹了1336 PLUS II變頻器在連鑄機電氣傳動系統中的應用，對連鑄機控制及電氣傳動系統的網絡構成、硬件組態、安裝調試進行了說明，并對變頻器的一些特殊應用方法作了描述。
關鍵詞 1336 PLUS II 變頻器 連鑄機
機 型 1336 PLUS II
1．應用背景
隨著工業生產和社會生活對鋼材需求量的日益增加，連鑄生產能力已經成為衡量一個國家工業發展水平的重要指標之一。同時近年來，由于交流變頻調速技術有了突飛猛進地發展，變頻器在調速范圍、調速精度、動態響應、低速轉矩等方面的優異性能，是其它的交流調速方式所無法比擬的，甚至可以完全取代直流調速技術，因此使得變頻器深受鋼鐵行業用戶的歡迎，特別是在連鑄生產中有了廣泛的應用。
宣化鋼鐵公司煉鋼廠新建的4號、5號連鑄機于2002年、2003年相繼投產，兩臺連鑄機機型一致，均為8m弧形，六機六流，考慮到現代高效連鑄生產線對電氣傳動控制的控制精度和動態響應以及可靠性都有很高的要求，因此決定連鑄機主生產線的傳動系統全部采用基于變頻器的交流驅動。同時，通過與各種常見品牌的變頻器比較，A-B變頻器中的1336 PLUS II系列變頻器具有通用性強、保護功能完善、可靠性高、性價比出色等特點，同時在通信功能、智能控制、工作效率、使用方便等方面也很優勢，所以我們決定使用1336 PLUS II系列變頻器作為傳動設備的驅動器。
2．系統組成
兩臺連鑄機的三電系統配置基本相同，控制核心采用了七套羅克威爾公司最新一代的ControlLogix PLC，PLC與變頻器的網絡聯接結構如圖1所示：
六套鑄流PLC與公用PLC、各操作臺、接線箱內的Flex I/O以及五臺作為人機界面的操作站通過ControlNet網絡聯接起來，實現各鑄流設備與公用設備的操作、聯鎖，同時收集各類信息，并向操作站提供，通過畫面實現狀態顯示、設備操作、故障記錄、報表打印等功能。每套PLC的框架均安裝有1756-DHRIO模塊，用于組建連接變頻器的Remote I/O網，所有變頻器通過加裝1203-GD1或1336-GM1型Remote I/O適配器，按所屬工藝部分通過Remote I/O網接入相應PLC系統，實現了實時數字控制,。
連鑄機三電系統的管理級、控制級、設備級網絡分別采用了羅克威爾公司的三種工業專用通訊網絡：EtherNet網、ControlNet網和Remote I/O網。所有主生產線傳動設備全部采用了變頻器驅動，連鑄機從鋼包回轉臺直至橫向移鋼車等機械設備的傳動中共使用了90多臺變頻器，功率范圍從0.75KW到45KW。PLC、變頻器、網絡設備均是采用A-B產品，這樣整個控制、電氣系統由同一家公司的產品構成，組建網絡容易，使用靈活方便，可靠性也得到提高。
3．工作原理
所有1336 PLUS II變頻器通過其內置的SCANport通訊接口聯接Remote I/O通訊適配器，直接掛在由七個1756-DHRIO模塊組建的七個Remote I/O網絡上，構成了基于Remote I/O網絡的傳動系統。綜合考慮Remote I/O網絡的連接距離和系統對實時性的要求，采用115.2Kbps的通訊速率。
Remote I/O網工作在掃描器方式下，PLC處理器（1756-L55M12）通過1756-DHRIO模塊和遠程I/O適配器建立串行通訊鏈。變頻器的SCANport接口是一種現場總線的設備接口，為Remote I/O網中的網絡設備提供直接、數字的通訊鏈路，系統通過組態PLC的I/O標簽，利用SCANport接口建立輸入、輸出各八個Datalink。對PLC而言，每臺變頻器被看作是一個安裝有I/O模塊的遠程框架，只需要對這些模塊進行讀寫，就可以向與其相連的變頻器發送命令，控制設備的運行；又可從變頻器讀取各項數據，監視設備的運行狀態，并將數據實時傳送到PLC中。通過RSView32制作的畫面就可以在主控室的操作站顯示器上，為操作人員提供了實時、詳細的信息，并可以直接操作設備，甚至在變頻器發出報警，甚至出現故障時，可以及時復位變頻器來避免因處理不及時而導致事故發生。連鑄機的電氣系統實現了傳動設備的遠程網絡實時控制，使PLC對變頻器的驅動實現了網絡化數字式控制，以一條通訊電纜取代了大量的硬接線，與傳統的模擬量、開關量控制方法相比，不僅大大提高了系統的實時性、精確性和可靠性，而且安裝、調試、維護的成本也相應得到降低。
4．安裝調試要點
一般情況下，變頻器安裝、調試時不需特別注意，即可正常工作。但為保證變頻器的安全可靠工作，同時減少諧波對PLC、儀表系統，特別是模擬量信號的干擾，變頻器的主回路、控制回路必須按照要求連接相關設備。變頻器進線側要安裝有斷路器、進線電抗器、接觸器，電機電纜地線與變頻器接地端子直接相聯并保證接地連接可靠，變頻器的PWM載波頻率基本上采用默認值（2-4KHz），一般不必加大。電機采用普通動力電纜即可，在電機距離變頻器較遠時，要使用屏蔽電纜或鎧裝電纜。
變頻器驅動單臺電機，出線側可直接連接電機，驅動多臺電機則需經過各自的熱繼電器連接電機，以避免因電流分配不均而影響電機的安全。拉矯機變頻器還安裝有制動單元，以吸收再生能量，平穩母線電壓。對極為重要的設備，例如鋼包回轉臺，還安裝有旁路接觸器和備用操作回路。
為使變頻器充分發揮作用，最好根據電機銘牌數據設置好電機參數。如果對電機控制有嚴格要求，就要設置產生空載磁通所需的實際電流和補償定子壓降所需的實際電壓，以獲得最佳的控制效果。雖然多數情況下，電機銘牌并不提供這些數據，但可以通過變頻器內置的整定過程來精確計算這些數值。
5．特殊應用
1336 PLUS II變頻器除可用于驅動一般的傳動設備外，它的無速度傳感器矢量控制方式使得它還可以應用到一些特殊應用場合，例如在交變負載、大轉動慣量、快速加減速、強烈沖擊負載、高運行轉矩、快速響應等情況下，均能通過適當調整變頻器參數加以解決。在連鑄機的不同部位，既有在普通條件下運行的機械設備，如輥道、切割車、水泵，也有一些機械設備對傳動系統有著特殊要求，需要對變頻器功能正確利用。下面就對一些此類設備的應用進行說明。
5．1 鋼包回轉臺
鋼包回轉臺是連鑄機的關鍵設備之一，起著連接上下兩道工序的重要作用。鋼包回轉臺的回轉情況基本上包括兩側無鋼包、單側有鋼包、兩側有鋼包三種情況，而單個鋼包重量已超過140噸。三種情況下，鋼包回轉臺受力有很大不同，但無論在何種情況下，都要保證鋼包回轉臺的旋轉平穩，定位準確，起停時要盡可能減小對機械部分的沖擊，為減少中間包液面波動和溫降，要縮短旋轉時間。因此，我們在變頻器的容量選擇上，留有余地，即比電機功率加大一級。同時利用變頻器的s曲線加速功能，通過調整s曲線保證加、減速曲線平滑快速，減少對減速機的沖擊，再通過PLC判斷變速限位、停止限位實現旋轉過程中高、低速自動變換及到位停車，同時滿足了對旋轉時間和平穩運行的要求。
5．2 結晶器
結晶器是連鑄機的核心設備之一，直接關系到連鑄坯的質量。結晶器的振動頻率要求準確，并根據拉坯速度自動調整，在高振頻時，由于電機負載率上升，轉差率增加，導致振動頻率有所降低，而為了保證振動頻率的精確，需要打開變頻器的轉差補償控制，在負載增加時，使變頻器自動增加輸出頻率以提供在沒有速度降低情況下所需要的電機轉差率，補償量正比于負載的增加量，并在整個調速范圍內都起作用。
另外，結晶器的振動是由電機帶動偏心機構旋轉來實現的，因此表現為輸出電流及母線電壓呈現周期性震蕩，在振動頻率較高時有引起母線過電壓故障的可能，通過允許變頻器的母線調節功能，使變頻器會基于直流母線電壓自動調整輸出頻率，監測到母線電壓瞬時升高時變頻器會適當增加輸出頻率以減小引起母線電壓升高的再生能量，這樣做降低了出現變頻器過壓故障的可能性。
5．3 拉矯機
在連鑄工藝中，連鑄機拉坯輥速度控制是連鑄機的三大關鍵技術之一，拉坯速度控制水平直接影響連鑄坯的產量和質量，而拉坯輥電機驅動裝置的性能又在其中發揮著重要作用。交流電機變頻調速技術日益成熟，交流變頻驅動調速平穩，調速范圍寬，對機械沖擊低，交流電機維護量低，交流變頻調速已取代直流調速，完全能夠滿足拉坯輥速度控制的需要。
4、5號連鑄機的拉矯機為五輥雙機架三驅動，上拉坯輥、下拉坯輥、矯直輥由三臺同型號電機共同驅動，完成引錠桿的上下傳送運行和連鑄坯牽引，三臺電機必須保持同步，與一般的同步要求不同的是要保證三個輥面的線速度相同，而不是三臺電機的轉速相同，以避免出現負載分配不均引起母線過壓、欠壓、過載故障。
三臺變頻器接受相同的速度指令，按照同一頻率運行，但由于三輥處于一個半徑8m的圓弧段的不同位置上，若要保持三個輥面的線速度相同，則三臺電機的轉速實際應有輕微差別，加上三臺電機的參數不可能完全相同，這就造成了三臺電機同步的困難。如果打開母線調節功能，雖然可以在一定程度上避免由于不同步造成的母線電壓升高，但會造成電機轉速的不穩定，從而使拉速值波動，進一步影響到結晶器鋼水液面和二冷配水的穩定，甚至有造成事故的危險。為此，我們利用變頻器內置的PI控制功能，使三臺電機構成主從驅動系統，即以上拉坯電機作為主驅動電機，工作在速度調節方式，下拉坯電機和矯直電機作為從動電機，工作在帶有速度修正的速度調節方式下，通過比較主從電機的力矩電流產生偏差信號，從而修正從動電機的速度。變頻器間的力矩電流信號傳送可以通過變頻器內置的模擬量輸入、輸出通道來實現，無需另外添加硬件。這種方法構成的主從驅動系統，結構簡單，完全利用變頻器內置功能實現，可以連續自動完成速度修正，應用在多輥傳動的拉矯機上效果非常理想。
系統原理如圖2所示（從動電機以一臺為例）：
5．4 移鋼車
移鋼車用來推動鑄坯進入步進冷床，由于多根鑄坯與軌道之間的摩擦較大，因而移鋼車要有足夠的推力，為滿足快節奏的生產需要，移鋼車還要保持較高的行走速度，以滿足工藝對時間的要求，而空間的限制又使得移鋼車必須在很短的距離內進行制動，以免與橫梁發生碰撞，損壞設備。為達到以上要求，通過適度增加啟動力矩，行程中PLC根據人員操作和接近開關判斷移鋼車運行方向、所在位置，及時改變變頻器速度，制動時打開直流制動功能以配合抱閘，充分滿足了工藝要求，保護了設備，同時避免了變頻器出現報警、故障。
5．5 增壓泵
增壓泵用來為二次冷卻水加壓，使水壓穩定在設定值，以保證調節閥能夠穩定的調節二次冷卻水量，冷卻鑄坯。這可以通過變頻器的內置的PI控制功能來實現。同時，增壓泵功率較高，并且幾乎是24小時運轉，有較大的節能潛力，配合變頻器的自動節能功能，在空載或輕載時，變頻器將自動降低其輸出給電動機的電壓，以減少電機空載時的勵磁電流，從而減少了電能的消耗。
6．實際運行情況
自連鑄機投產以來，1336 PLUS II變頻器在連鑄機的各類傳動設備上表現良好，充分滿足了生產工藝和機械設備的要求，它的優良性能和極高可靠性在連鑄生產中得到了充分發揮，1336 PLUS II變頻器為宣鋼4、5號連鑄機的按時投產、達產，生產出質量合格的連鑄坯，發揮了不可替代的作用。
作者簡介：趙利明 男 1973年生 工程師 河北理工學院電氣自動化專業 主要從事自動化及傳動產品、技術在煉鋼、連鑄中的應用
通訊地址：河北宣化鋼鐵公司煉鋼廠計控車間
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