变频器在轧钢辊道上的应用

变频器在轧钢辊道上的应用

1996年5月抚顺特殊钢有限公司模具扁钢分厂模具扁钢生产线一次热试车成功。该生产线包括加热炉、粗轧、精轧、定尺热锯和冷床等工序。我院承担了粗轧机直流传动控制系统、轧线基础自动化PLC控制系统以及变频辊道控制系统的设计和制作任务。为了提高整条生产线的自动化程度，除粗轧机前辊道外，其它辊道全部采用变频调速控制，包括炉前辊道、粗轧机后部辊道、精轧机前段辊道、精轧机后段辊道，以及热锯前后辊道。

系统配置

1 变频器的选取

此次所采用的SIMOVERT Master Drives系列变频器是德国SIEMENS公司最新推出的全数字交流变频调速器。该系列变频器共有3种控制方式，包括频率控制、矢量控制及伺服控制。考虑到本生产线对辊道电机有频繁起动、制动的要求，以及热锯前辊道的定位要求，选用SIMOVERT VC矢量控制方式。由于它具有磁通定向控制功能，其动态品质在一定范围内达到了直流机的标准。在1∶10的调速范围内不需要速度实际值反馈，且与电机的温升无关，可实现高精度的速度和转矩控制，V/f的分辨率为0.01，满足了生产工艺的要求。

由于辊道变频为多电机传动方式，本系统中一台变频器最多带32台辊道电机，其分布参数较大，为了达到良好的起、制动效果，并从系统的经济性考虑，按电机容量的1.5倍选取变频器的功率。

2 制动单元及制动电阻的选取

众所周知，当电机减速时，电机的动能就会转化为电能而馈送到变频器，如果减速时间很短，就意味着制动能量很大，将会引起变频器内部直流母线过压、主回路跳闸现象而影响生产。为了满足制动要求，选用外加制动单元及外接制动电阻，制动能量按电机功率的15%选取。当直流母线电压超过设定值时，外接制动单元将自动切入，由外接制动电阻将电能转换成热能，达到很好的制动效果。

变频器控制方式

SIMOVERT VC变频器共有7种控制操作与监测方式。如随机的操作与参数设定单元PMU、远程操作板OP1、使用Simovis调试软件，以及从外部进行控制的控制端子排和本机串行口等。

该生产线的基础自动化控制系统共选用了3套SIEMENS S5-155U PLC、2套远程I／O

以及2个人机接口工作站构成H1网。炉前辊道由PLC1的远程站控制，粗轧机后部辊道和精轧机前段辊道由PLC2控制，精轧机后段辊道和热锯前后辊道则由PLC3控制。为了提高变频辊道的动态品质，采用由PLC的模拟输出模块输出±10V范围内的直流电压作为变频辊道的给定值，取代了网上给定的控制方法。使用变频器的一个模拟量输入通道和两个模拟量输出通道用于控制和显示辊道电机的转速及电流值。另外，PLC的数字量输出控制变频器的准备、运行等状态。当变频器出现报警故障状态时，输出对应的开关量给PLC，再由PLC进行相应的处理。

参数设定

为了使变频传动系统具有良好的运行状态，必须对一些参数进行重新设定。西门子公司的SIMOVERT VC变频器有近300个控制参数，最常用的参数也有几十个，且一些参数之间又有一定的制约关系。所以调试的主要任务是调整参数，使系统处于最佳工作状态。

1 辊道滞后及爬行问题

调试中遇到的最突出的问题是辊道滞后现象。变频器自身具有的电机寻优程序，对电机组是无效的。由于变频器内部参数不当，就会引起电机滞后运行。如在热锯前辊道中，当输入端给出一定的电压值时，电机要滞后大约1.5s的时间才能响应。为此采用对一些自寻优参数进行人工设定的方法，首先减小参数P189(励磁等待时间)，由出厂设置的P189＝1.0，改为P189＝0.05。结果使辊道滞后现象有了很大的改善，经实际运行显示，离工艺要求还有一定的距离。之后，又将参数P371(消磁时间常数)设定为0.1，使以上问题得到了解决。

由于变频器电机距离较远，加上高次谐波对控制电路的干扰，易引起辊道轧机的爬行现象。在通过采用屏蔽控制电缆的一端接地，加大控制电缆和主回路之间距离的同时，还采用了封锁变频器脉冲的方法，很好地解决了变频器在零输入时的爬行问题。

调试中遇到的另一个问题就是辊道在低频运行和起动时的抖动现象。引起电机抖动的主要原因一般是变频器低频输出时的电压波形畸变，因此可以通过增加起动电压的方法加以调整。调试时将P168(加速电压)参数值由电机额定电压的2%增加到10%，并同时将P169(增压截止频率)调整到15Hz。

2 与精轧机内部辊道匹配

模具扁钢生产线的精轧机组采用奥地利GFM-WF5-40-15405机架轧机，方式为平-立-平-立-平可逆轧制。根据工艺要求其内置变频辊道调频范围为0～120Hz，并能频繁地正、反转，且起、制动时间均应控制在0.5s以内，由于精轧机前后辊道电机数量每组各有16台，转动惯量较大，达到以上的动态指标难度很大。开始调试的时候，采用减少参数P462(加速时间)和参数P464(减速时间)的方法，经常发生瞬时过压或过流故障，引起主回路跳闸。后采用加大起动电流的方法，将参数P171(加速电流)的值，由基本设置的P171＝0增加到P171＝150，同时又加入直流注入制动参数的调整方法，使变频器处于最佳运行状态，起制动时间均控制在0.5s以内。

运行情况

本系统自试车成功以来，一直正常运行，所有变频器运行情况良好。由于采用了变频辊道，使整个系统发挥了最佳效益，既满足了轧钢工艺要求，又大大提高了自动化程度。