6SE70變頻裝置在海鑫集團公司鑫軋廠的應用

　　摘要：本文以海鑫集團公司鑫軋廠為例，給大家介紹一款6SE70變頻裝置，在該廠的實際應用。

        一、概述
　　
　　6SE70變頻裝置用在鑫軋廠的輔傳動當中，通過帶整流回饋單元及直流母線的變頻器原理，如圖1所示。使多臺負載和速度經常變化的電動機，通過掛在直流母線上的逆變器實現變頻調速。這種方案有以下優點：　　　　
　　(1)當多臺電動機同時工作，有的處于電動狀態，有的處于制動狀態時，處于電動狀態的與處于制動狀態的逆變單元可通過直流母線交換能量，從而減少整流單元回饋單元容量。
　　
　　(2)多臺逆變單元共用一臺整流回饋單元，可節省設備投資和安裝空間。
　　
　　關于各逆變器的速度給定、控制命令、狀態反饋、數據反饋(如電流、速度實際值)通過Profibus網和所在區域的PLC交換數據完成。下面結合鑫軋廠具體設備談談6SE70變頻裝置在使用當中出現的問題及解決方案：
　　
　　1．鑫軋廠高速線材生產線(以下簡稱高線)托盤升降的傳動控制
　　
　　高線托盤升降系統的傳動裝置采用6SE7031-2TF60逆變器；zui初的傳動方案為無編碼器矢量控制方案。托盤電動機型號規格為YTSP280S-6，45kW(電動機成套抱閘已拆除不用)；制動抱閘型號為YW2-300(液壓推力器結構)。抱閘的控制采用西門子6SE70標準的控制方案，見6SE70功能圖470(brakingcontrol)，本文不再描述。
　　
　　(1)設備描述
　　
　　高線收集托盤是通過鏈條傳動的一個升降機構，用于將集卷筒內的成品線材完整地接送到旋轉雙臂芯棒上。托盤自重約4.5t。外型結構圖如下，其兩個托臂閉合則形成如圖2所示一個空心的圈狀平臺。　　　　
　　張開則如圖3所示。兩個托臂通過液壓完成張合。
　　
　　高速線材到收集區，通過風冷輥道以規則的螺旋狀不斷地送入集卷筒。當集卷筒內線材存放到設定的高度，集卷筒下部的托爪打開，將已形成卷裝的線材釋放到早己等待在集卷筒下部的雙臂閉合的托盤上。隨著成品線材不斷地流入集卷筒，形成卷狀的線材高度不斷地增加，為保證集卷筒內線材控制在適當的高度，形成規則的成品卷，托盤開始緩緩下降，下降速度約20～30mm/s，電動機頻率約3～4.5Hz。直到一整根鋼的尾部出現并進入集卷筒，托盤進入快速下降狀態(50Hz)，終將一整盤線材(約2t)平穩地放在旋轉雙臂芯棒上。接著托盤的兩臂張開快速上升，去接下一線材。　　　　
　　(2)托盤傳動采用無編碼器控制方案在實際生產中出現的問題
　　
　　2004年元月高線處于試生產階段，當時托盤升降傳動系統運行基本正常。隨著生產節奏的逐漸力口快，托盤的傳動系統開始無規律地報故障；出現zui多的故障碼為F021(超過電動機l2t監控參數設置極限值故障)，其次是F015(電動機已堵轉或失步故障)，偶而報一次的是F011(該裝置由于過電流而關機故障)，復位后正常。通過現場觀察看到，在報故障前裝置的報警內容為A034(在設定值通道里的狀態字1r552中的位8，頻率設定值與實際值之差比參數設定值大，并超過控制監控時間，報警)或A042(電動機堵轉或失步報警)，起初筆者以為是機械原因造成。到2004年6月逆變器故障停機現象越來越嚴重，盡管很快復位，但是已對正常生產節奏形成制約。顯然托盤的傳動無法滿足日益加快的生產節奏的要求。針對這一情況，筆者在現場對傳動系統的參數進行了多次手動調整，主要調整了以下參數：
　　
　　P278低速范圍內，無編碼器速度控制過程中，zui大靜態轉矩功能參數。
　　
　　P279低速范圍內，無編碼器速度控制過程中，zui大附加動態轉矩功能參數。
　　
　　P280設定經P278和P29電流給定的濾波時間常數的功能參數。
　　
　　P235輸入n/f調節器增益的功能參數。
　　
　　P240輸入n/f調節器積分時間的功能參數。
　　
　　P462斜坡函數發生器加速時間，從0到。
　　
　　P464斜坡函數發生器減速時間，從到O。
　　
　　P128設置zui大電流的功能參數。
　　
　　P792輸入實際值和設定值之間的容許偏差的功能參數。
　　
　　P794輸入顯示實際值，設定值偏差信息的延遲時間的功能參數。
　　
　　P805封鎖脈沖時“偏差”信息和轉子磁通檢測器查出的失步和輸出故障信息之間的延時時間。
　　
　　P383電動機熱時間常數。
　　
　　P602確定電動機勵磁時間的功能參數。
　　
　　P283在調制器異步調制范圍內調節Pl電流調節器增益的功能參數。
　　
　　P284在調制器異步調制范圍內調節Pl電流調節器調整時間的功能參數。
　　
　　剛開始手動調整參數后有一定的效果，不過隨后又出現故障頻繁的現象。到2004年10月手動調整幾乎不再起作用，并多次出現托盤在下降過程中突然失控掉下的現象。托盤的失控曾造成鏈條拉斷，鏈輪脫槽，軸承座破裂等現象。致使正常生產中斷，zui長時間約8h，造成很大的經濟損失。筆者曾多次將參數恢復到手動調整之前原始數據(通過DriveMonitor軟件下載)，但無濟于事。zui后更換一臺備用裝置，重新調試，再次出現上述故障現象。為盡快改善這種嚴重制約生產的局面，zui終決定采用編碼器反饋的矢量控制方案。
　　
　　現分析當時的現象，筆者歸納如下幾點原因：
　　
　　1)負載特性可能在使用過程中有一定的變化，但不是形成故障的主要原因。
　　
　　2)筆者在手動調整參數的過程中，有調整過量的現象，其中有兩次托盤失控現象發生在筆者調整過程剛結束。
　　
　　3)裝置自動優化的參數顯然也不能滿足這種位能負載特殊的要求。
　　
　　4)低速狀態下裝置故障zui頻繁，筆者認為6SE70無編碼器矢量控制方案在低速下的調速性能不完善。
　　
　　5)托盤的失控現象因非常突然，筆者難以解釋。
　　
　　(3)托盤傳動采用編碼器矢量控制方案后的使用情況
　　
　　2004年11月，筆者按照6SE70的調試步驟將托盤的傳動系統改為編碼器反饋矢量控制方案(編碼器及電纜均按照西門子技術要求安裝)，投入使用后傳動系統運行狀態非常好，尤其是低速時運行穩定，變頻器不再報故障。但是新的問題隨之出現，速度反饋編碼器連續損壞。大多數現象是編碼器在電動機正常使用中工作正常，生產線停機檢修后再次起機時，發現編碼器損壞。zui嚴重的一次是托盤電動機輸出軸扭斷，當時現場檢查發現編碼器損壞。筆者認為是電動機運行過程中編碼器突然損壞引起的事故。筆者認為編碼器在工作中突然損壞可能造成電動機轉矩瞬間達到zui大值。筆者先后使用了兩種編碼器，分別是
　　
　　Norsthstar編碼器型號：MH10241KS2501
　　
　　ELTRATECH編碼器型號：EH88P102428/24L25X3PR
　　
　　以上兩種編碼器一種是電磁式，一種是光電式。在其他設備上都用的很好，但是在托盤傳動系統都用不了多長時間。筆者認為裝置提供的編碼器電源存在比較大的諧波干擾致使編碼器連續損壞。
　　
　　筆者在使用編碼器反饋方案的過程中曾請教過北京鋼鐵設計院CERIS研究所電氣工程師，對方提出增加一個脈沖分路器。筆者在現場將編碼器的電纜線接入分路器輸入端，經過分路器隔離的信號由分路器的輸出端接入變頻裝置，至此，問題得以*解決。到目前為止，高線托盤升降系統運行穩定。
　　
　　2．鑫軋廠高速線材生產線(以下簡稱高線)雙臂芯棒的傳動控制
　　
　　高線收集區雙臂芯棒的傳動裝置采用6SE7027-2TD61逆變器；傳動方案為無編碼器矢量控制方案。電動機型號規格為9VL326THTDA8831AA30kW;制動抱閘是和電動機成套的電磁抱閘。抱閘的控制采用西門子6SE70標準的控制方案，見6SE70功能圖470(brakingcontrol)，本文不再描述。
　　
　　(1)設備描述
　　
　　高線收集區雙臂芯棒是一個通過齒輪傳動的機械設備，它具有相互垂直的雙臂，如圖4所示。　　　　
　　當托盤從集卷筒內接到的整卷高速線材，釋放到雙臂芯棒上時，托盤的雙臂張開。雙臂芯棒正向旋轉180度，將帶有線材的一臂轉到水平位置，收集小車將從水平位置接走成卷的線材。同時另一臂正好轉到垂直位置，通過托盤接下一卷從軋線來的線材，如圖5所示。
　　
　　當第二卷線材釋放到雙臂芯棒上時，水平位置上的*卷線材已被收集運卷小車接走，此時臂芯棒反向旋轉180度，將第二卷線材旋轉到水平位置。如此正反向交替旋轉不斷將成卷的線材過收集運卷小車送走，形成連續生產。　　　　
　　(2)雙臂芯棒的控制定位
　　
　　雙臂芯棒的臂長約4m，內部安裝有內芯軸，用于在垂直位置將集卷筒內的鼻錐頂起。要求正轉或反轉停車時必須和集卷筒內的鼻錐對正，否則將造成鼻錐頂歪，導致線卷卡鋼的現象發生。所以雙臂芯棒的定位精度要求很高。
　　
　　為保證雙臂芯棒的準確定位，在雙臂芯棒的底盤下部安裝有一個增量型編碼器。用來檢測雙臂芯棒的角度和位置。在雙臂芯棒旋轉的過程中，通過PLC計算出的電動機速度給定隨著角度的變化不斷變化。按照加速度的原理，越接近停車位速度越低，到達停車位時速度給定為零。
　　
　　采用無編碼器的矢量控制方案，zui初調試時通過Drivemonitor調試軟件測試的效果比較滿意。而使用中有時出現定位不準，造成鼻錐頂歪，線卷卡鋼的現象，致使正常生產無法進行。這一現象的zui終解決方案非常簡單，可以說就是調整傳動參數P278、P279。將電動機靜態轉矩和低速轉矩提高后，定位精度基本滿足了現場要求。這種方案使用一年半，應該說比較成功，如圖6所示是軟件測試的控制效果。(雖然采用編碼器反饋的矢量控制方案更加完善，但是筆者認為用無編碼器的矢量控制方案達到控制目的是更加理想的)。
　　
　　二、結束語
　　
　　本文以鑫軋廠高速線材的托盤和雙臂芯棒為例，介紹了6SE70變頻裝置在實踐中的使用情況。因筆者水平有限，請西門子有關專家和朋友指正。　　
　　圖6圖中同時采集了四條曲線，分別是速度實際值，速度設定值、PLC通過Profibus網傳來的速度給定值(word2)、電流實際值