陝西科技大學           陳景文   

摘  要：介紹了對陝西省寶雞市某軋鋼廠原軋機電氣控製係統的改造方案，通過用台達CT2000係列變頻器替換原係統的旋轉變流機組，克服了原係統設備多、體積大、費用高、效率低等缺點，獲得了良好的控製效果及經濟效益。

關鍵詞：軋鋼機            電氣控製              改造方案設計  

Abstract: This article describes the Baoji City in Shaanxi Province in a former mill rolling mill electrical control system transformation program, by using a Delta CT2000 series inverter to replace the original system of rotation converter unit, to overcome the original system equipment and large volume, high cost , low efficiency, get a good control effect and economic benefits.

Keywords:  Rolling machine   Electrical control     Design of rehabilitation programs

1原軋機設備簡述

本軋機是用來把高碳鋼從一塊熱板軋成一個冷軋的帶圈
，並且能以2重或4重輥型進行工作。主傳動電機是通過一個傳送比為2的(de)齒(chi)輪(lun)箱(xiang)同(tong)支(zhi)承(cheng)輥(gun)或(huo)工(gong)作(zuo)輥(gun)連(lian)接(jie)，電(dian)動(dong)機(ji)的(de)速(su)度(du)從(cong)零(ling)速(su)到(dao)基(ji)速(su)是(shi)調(tiao)節(jie)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)值(zhi)來(lai)變(bian)動(dong)的(de)，而(er)基(ji)速(su)至(zhi)最(zui)高(gao)速(su)則(ze)是(shi)通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)輸(shu)出(chu)頻(pin)率(lv)(即超過基頻頻率)來實現的。在進行熱軋時，可以用2重或4重，而且隻使用主傳動機構
，兩個圈卷機不運轉，位於主傳動電動機和支承工作輥之間的變速箱有兩種速率，高速時6:4:1，低速時12:8:1。在進行冷軋時軋機通常處於4重情況，使用6:4:1debilvdechilunchuandong。quanqujidechuandongyucixiangtong，meigequdongzhuangzhiyouyigefadianjihediandongjijizuzucheng，yonglianggediandongjimudeshiweilefangbiandetiaojiekekongzhanglidetiaojiedefanwei，zaidizhanglifanwei，bayigediandongjituolilianjie
，erlianggelianjiezaiyiqidediandongjibeigonggaozhanglifanweishiyong。diandongfadianjizuyousangechuandongfadianjizucheng
，tamenfenbiegeizhuchuandongzhuangzhi、左、右圈取機供電。全部發電機組由一個三相感應電動機驅動。係統如圖1所示。

圖1 原軋機電控係統

2軋機電氣係統改造方案

2.1原軋機的技術數據：

   主傳動電動機：一台，SC06/2020型350V
，686A，400/1200轉/分；

   圈取傳動電動機：四台，CF2805型250V，168A，1000/1250轉/分
；

   主傳動電機工作車速：250米/分

；

   寸動引帶速度：25米/分。

2.2傳動係統的改造方案^[1]

原控製係統采用的是旋轉變流機組供電的直流調速係統是屬於五六十年代的產品，該方式設備多
、體積大

、費用高
、效率低、運行噪音大
、維護不方便、輸出回路采用分離元件作的模擬控製
，控製精度差
，無法實現智能化控製
，對於軋鋼機的控製係統主軋鋼機、卷饒機
、開卷機在工作時是個時變的，非線性的
，采用模擬控製方法非常不便。

改造後係統采用台達CT2000係列變頻器，CT2000係列變頻器支持DEB，在zai軋zha機ji工gong作zuo過guo程cheng中zhong如ru果guo出chu現xian緊jin急ji製zhi動dong時shi方fang便bian能neng量liang在zai直zhi流liu母mu線xian上shang饋kui送song，而er且qie其qi支zhi持chi多duo種zhong總zong線xian通tong訊xun協xie議yi，適shi用yong於yu惡e劣lie的de工gong作zuo環huan境jing，控kong製zhi裝zhuang置zhi使shi用yong交jiao流liu380V的3相標準交流輸入電壓
，提供SPWM輸出電壓，可用於交流電機的調速控製，其具有眾多優點：

(1)裝置可以實現複雜的控製算法
，這是簡單模擬技術無法實現的
；

(2)標準軟件模塊與可組態的軟件控製電路相結合
；

(3)通過串行線路

，可其他裝置或主機通訊
；

(4)再生控製功能，可以通過組建公共直流母線的運行方式，在公共直流區接入製動電阻
，方便軋機快速往複工作的需要；

(5)發生故障時，人機接口便自動顯示報警，同時自動保護停機。

2.2.1主軋機的控製

主軋機的控製采用恒轉矩控製方式，將原來的變流旋轉機組控製直接改為用一台CT2000變頻器拖動交流電動機來實現。由於負載較重，所以在工作過程中上升時采用一個Sxiepohanshufashengqizheyimokuailaishixiangeidingjifenqidegongneng，shishijijiadaosuduhuandeshuruxinhaoshiyigepingwenshangshengdexiepoxinhao，gaibiangeidingjifenqidejifenshijianjikegaibianxiepoxinhaodeshangshengxielv。

2.2.2可逆軋機的控製

可ke逆ni軋zha機ji有you兩liang個ge相xiang同tong的de卷juan筒tong，根gen據ju軋zha製zhi方fang向xiang能neng起qi卷juan取qu和he開kai卷juan作zuo用yong，兩liang組zu傳chuan動dong裝zhuang置zhi是shi相xiang同tong的de

，隻zhi是shi在zai卷juan取qu和he開kai卷juan時shi的de操cao作zuo方fang法fa上shang有you所suo不bu同tong。帶dai鋼gang的de張zhang力li控kong製zhi可ke分fen為wei間jian接jie張zhang力li控kong製zhi和he直zhi接jie張zhang力li控kong製zhi。

間接張力就是充分利用CT2000豐富的內部模塊，把卷取或開卷的線速度給定
、張力給定信號轉換成電機的電流和轉矩控製信號，以達到恒張力的控製的目的。

直(zhi)接(jie)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)是(shi)用(yong)實(shi)測(ce)張(zhang)力(li)作(zuo)為(wei)反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)
，與(yu)給(gei)定(ding)信(xin)號(hao)相(xiang)比(bi)較(jiao)，用(yong)張(zhang)力(li)調(tiao)節(jie)器(qi)
，組(zu)成(cheng)張(zhang)力(li)閉(bi)環(huan)對(dui)張(zhang)力(li)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)。從(cong)理(li)論(lun)講(jiang)直(zhi)接(jie)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)是(shi)在(zai)轉(zhuan)速(su)閉(bi)環(huan)基(ji)礎(chu)上(shang)套(tao)上(shang)一(yi)個(ge)張(zhang)力(li)環(huan)
，組(zu)成(cheng)雙(shuang)閉(bi)環(huan)係(xi)統(tong)。但(dan)是(shi)比(bi)一(yi)般(ban)的(de)係(xi)統(tong)複(fu)雜(za)
，主(zhu)要(yao)表(biao)現(xian)在(zai)以(yi)下(xia)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)：卷徑和轉動慣量均為變參數；張(zhang)力(li)矩(ju)在(zai)雙(shuang)閉(bi)環(huan)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)，負(fu)載(zai)力(li)矩(ju)是(shi)外(wai)部(bu)擾(rao)動(dong)，但(dan)在(zai)軋(zha)鋼(gang)係(xi)統(tong)中(zhong)張(zhang)力(li)是(shi)係(xi)統(tong)輸(shu)出(chu)量(liang)
，張(zhang)力(li)矩(ju)是(shi)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)固(gu)有(you)的(de)反(fan)饋(kui)量(liang)。當(dang)考(kao)慮(lv)張(zhang)力(li)矩(ju)時(shi)
，轉(zhuan)速(su)環(huan)的(de)設(she)計(ji)不(bu)能(neng)按(an)一(yi)般(ban)的(de)雙(shuang)閉(bi)環(huan)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)
；juanqukaijuanjiyuzhuzhajijiandedaigangdedonglixuetexingjishuxuemoxingdoujiaofuza，zaidongtaiguochengzhongdaigangdezhangliyudongtaisubiancunzaiyigeshijianzhihoudeguanxi，qicanshushibianliang。guwomencaiyongjianjiezhanglikongzhidefangfa
，tongguoqianxiangtongdaobazaiyidingdejuanjing、張zhang力li給gei定ding下xia需xu要yao的de電dian機ji轉zhuan矩ju計ji算suan出chu來lai，再zai把ba它ta轉zhuan換huan成cheng特te定ding磁ci通tong下xia的de電dian流liu給gei定ding值zhi輸shu出chu，同tong時shi檢jian測ce張zhang力li值zhi，把ba張zhang力li偏pian差cha經jing張zhang力li調tiao節jie器qi計ji算suan後hou再zai折zhe算suan成cheng實shi際ji卷juan徑jing下xia的de調tiao節jie張zhang力li矩ju加jia到dao前qian麵mian的de力li矩ju上shang，對dui張zhang力li進jin行xing調tiao節jie。這zhe種zhong控kong製zhi方fang法fa實shi際ji上shang也ye是shi直zhi接jie控kong製zhi電dian機ji的de力li矩ju
，通tong過guo控kong製zhi力li矩ju來lai實shi現xian對dui張zhang力li的de控kong製zhi。由you於yu由you前qian向xiang通tong道dao輸shu出chu的de轉zhuan矩ju值zhi是shi經jing過guo補bu償chang的de方fang法fa計ji算suan出chu來lai的de比bi較jiao精jing確que的de值zhi，它ta能neng夠gou基ji本ben保bao持chi張zhang力li恒heng定ding。再zai加jia上shang直zhi接jie張zhang力li控kong製zhi環huan的de調tiao節jie作zuo用yong
，以yi達da到dao張zhang力li的de精jing確que控kong製zhi。

動態補償：在實際運行中常有加
、jiansude，rudankaozhanglitiaojieqijinxingtiaojie，kenenghuiyintiaojiebujishizaochengzhanglibodong，zhejiuyaoqiuzaijiasuguochengzhongweilebaochizhanglibubian，diancizhuanjuzhongyinggaifujiafudedongtaizhuanjuyibuchangxuyaofangchudenengliang；在減速中則應附加正的動態轉矩以補償卷繞機構慣性所吸收的能量。

3控製係統組成及功能實現^[2]

五台台達變頻裝置通過軟件組態
，由西門子S7-300PLC 進行速度設定
、張力設定，運行程序控製及各種連鎖順序操作等。輸入和參數修改通過一台西門子的OP270操作屏來完成。五台變頻調速裝置采用公共直流母線的接法，通過內部電氣連接和軟件使五台裝置成為一個整體。S7-300與變頻調速器、OP270操作屏組成現場總線控製網絡
，協議采用RS485，完成整個軋機操作控製,


，控製係統組態圖如圖2所示。

圖2  改造後的軋機控製係統

本係統主要有以下幾部分：

(1)軋機
、開卷機、卷取機分別由五台交流電動機拖動，由台達公司生產的VFD-CT2000係列高性能矢量型變頻器輸出來控製電機；

(2)為(wei)達(da)到(dao)所(suo)規(gui)定(ding)的(de)張(zhang)力(li)範(fan)圍(wei)
，開(kai)卷(juan)機(ji)及(ji)卷(juan)取(qu)機(ji)分(fen)別(bie)有(you)兩(liang)台(tai)電(dian)機(ji)組(zu)成(cheng)，這(zhe)兩(liang)台(tai)的(de)變(bian)頻(pin)裝(zhuang)置(zhi)采(cai)用(yong)公(gong)共(gong)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)的(de)方(fang)式(shi)通(tong)過(guo)內(nei)部(bu)電(dian)氣(qi)連(lian)接(jie)和(he)軟(ruan)件(jian)配(pei)合(he)使(shi)兩(liang)台(tai)裝(zhuang)置(zhi)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)控(kong)製(zhi)整(zheng)體(ti)，通(tong)過(guo)速(su)度(du)反(fan)饋(kui)實(shi)現(xian)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)
；

(3)軋機的速度給定，寸動速度、張力大小可直接在操作屏進行調節；

(4)在速度變換的過程中可自動進行慣性補償
，補償量可在操作屏上進行設置；

(5)在操作屏上實時顯示線速度
，電機電流
，張力值。壓下噸位顯示；

(6)當帶材斷裂，有警鈴工作，電機自動停止運行。

4所選用的變頻器應用設置及說明

4.1變頻器的接線結構圖

為實現上述功能，所選用的五個傳動點變頻器接線結構如圖3所示。

圖3 五個傳動點的電氣連接示意圖

4.2變頻器主要參數設置^[3]

為實現上述的控製功能
，對變頻器的主要參數設置如下，由於篇幅限製，本次隻列出部分主要的參數，如附表所示。

附表  變頻器參數表

5改造後運行效果

經過改造後

，軋機係統可以去掉一個420馬力電機，一台240kW的發電機，四個84kW的發電機，節能效果非常明顯
，一年可節約電費將近二十萬元。本套係統於2011年11月投入使用，經實際驗證，其控製方法簡單

、體積小、精度高
，各項性能指標均達到或優於用戶的要求
，是一個值得推廣的老係統改造方法。

作者簡介

陳景文 男
，陝西科技大學副教授，陝西科達電氣有限公司總工程師，主要研究方向為電力電子與運動控製。

參考文獻

[1] 陳伯時.電力拖動自動控製係統[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2] 廖常初.S7-300/400 PLC應用技術 [M].北京：機械工業出版社，2012.

[3] 中達電通股份有限公司.台達CT2000變頻器使用手冊[Z].2010.