供稿|馬亞峰，牛劍 / MA Ya-feng, NIU Jian

內容導讀

舞鋼公司寬厚板生產線定尺剪的驅動采用兩臺變頻調速異步電動機，傳動系統(tǒng)采用ABB ACS800多傳動變頻調速系統(tǒng)，兩臺電機的控制方式為主從控制，變頻器主功率元件采用IGBT。文章介紹了ABB ACS800多傳動系統(tǒng)在定尺剪傳動系統(tǒng)中的應用，闡述了該系統(tǒng)的構成、特點、關鍵技術和調試方法等，并對多年來使用和維護中出現(xiàn)的典型故障進行分析總結。

舞鋼公司定尺剪主傳動系統(tǒng)采用ABB公司的ACS800多傳動變頻裝置，該系統(tǒng)的控制技術采用當今世界上最先進的異步電機控制方式：直接轉矩控制(DTC)技術。變頻器的主功率元件采用絕緣柵門極雙向晶體管IGBT，該系統(tǒng)還具有完善的保護功能和較強的過載能力，配置靈活多樣，控制簡單方便，易于操作和維護。經過幾年的生產實踐證明，該系統(tǒng)能夠很好地滿足生產和工藝要求。

工藝流程和機構配置

滾切式定尺剪上剪刃的運動是靠兩臺主電機驅動減速機和曲軸來完成的。在生產過程中，上剪刃停在起始位置，輸入輥道把需要剪切的鋼板送進一個確定的長度位置，鋼板停止運動后，壓板機構將鋼板壓住固定，傳動系統(tǒng)根據(jù)上位機發(fā)出的速度給定值，輸出相應的頻率來驅動電動機帶動上剪刃對鋼板進行剪切。

在定尺剪傳動機構中，上剪刃由兩臺750 kW的交流變頻電動機驅動，兩臺電機之間采用剛性連接和主從控制技術；傳動系統(tǒng)變頻器采用ABB公司的ACS800-104-0580-7系列模塊。

ACS800 MultiDrive系統(tǒng)的構成和分析

ACS800多傳動系統(tǒng)的主要特點是由裝置中惟一的整流裝置給直流母線提供直流電壓，公共直流母線可以實現(xiàn)電機到電機的制動，不需要能量回饋單元或制動斬波器。一條直流母線可以帶多臺逆變器，直流母線上可帶有逆變單元或制動單元。當多臺電機同時工作，有的處于電動狀態(tài)，有的處于制動狀態(tài)時，處于電動狀態(tài)的和與處于制動狀態(tài)的逆變單元可通過直流母線交換能量，從而減少整流單元、逆變單元或制動單元的容量。

ACS800多傳動系統(tǒng)主要包括供電單元、逆變單元和控制單元，其系統(tǒng)結構如圖1所示。

供電單元

供電單元的主要功能是把三相交流電轉換成直流電，給逆變單元提供穩(wěn)定的直流電源。供電單元主要包括三個部分，輔助控制單元(ACU)、進線單元(ICU)和整流單元(ISU)。其中整流單元為供電單元的核心。

整流單元主要包括LCL濾波裝置、交流熔斷器、直流熔斷器、IGBT供電模塊等，進線濾波器的作用是抑制交流電壓畸變和電流諧波。系統(tǒng)結構如圖2所示。

整流單元的主功率元件是IGBT，即絕緣柵門極雙向晶體管，其主要由六個帶續(xù)流二極管的IGBT和直流電容構成，這六個帶續(xù)流二極管的IGBT集成為一塊功率板。IGBT整流單元是一個四象限脈沖整流器，四象限脈沖整流器不僅可以給直流母線供電，還可以將直流母線的能量回饋給電網。整流單元把交流電轉換成直流電并通過中間直流回路給逆變單元的逆變器供電，直流回路接入的逆變器可以是一個(單傳動)，也可以是多個(多傳動)。

逆變單元

逆變單元包括變頻器、冷卻風機和熔斷器等，逆變單元的主要作用是把直流電轉換成可控的交流電，并驅動主電機帶動上剪刃對鋼板進行剪切。逆變單元與整流單元在形式上是對稱的，在硬件配置方面基本是相同的，逆變單元也采用IGBT作為主功率元件，也是一個直流端和一個交流端。ACS800多傳動變頻器采用并聯(lián)模塊化結構，每個變頻器模塊都是一個整體，并設計有冗余功能。如果傳動單元中某一個變頻器出現(xiàn)問題，可以通過隔離該損壞的變頻器并修改系統(tǒng)參數(shù)，整個系統(tǒng)還可以繼續(xù)降容運行，這樣就可以降低故障維修時間，減少對生產的影響。

控制單元

傳動控制單元的核心控制部分就是主控板RDCU，它內置有電機控制和I/0板(RMIO)、外部可擴展現(xiàn)場總線適配器RPBA-01、編碼器接口模塊RTAC-01、DDCS通訊模塊RDCO等。RDCU控制板既可以導軌安裝又可以螺釘固定，接線方便，它與變頻器主電路板之間采用光纖通訊，有效地將強電和弱電控制隔離，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主控板上的現(xiàn)場總線適配器通過Profibus-DP線與上位機相連，接收上位機命令，并把運行狀態(tài)反饋給上位機，實現(xiàn)進行信息交換。

ACS800 MultiDrive系統(tǒng)的特點及關鍵技術

系統(tǒng)優(yōu)點

ACS800多傳動系統(tǒng)有公共的直流母線，能量可以在逆變器內部之間分配，具有電動和發(fā)電兩種模式。與單傳動相比，ACS800多傳動系統(tǒng)更加節(jié)能，而且可以節(jié)約電纜，降低安裝維護成本。由于ACS800多傳動系統(tǒng)采用模塊化和冗余設計，所以還具有過載能力強和維護簡單等優(yōu)點。

公共直流母線技術

當有多臺電壓相同的電機同時調速時，可采用直流母線供電方式，由一臺整流單元向直流母線供電，直流母線帶多臺逆變器進行工作。當有的電機處于電動狀態(tài)時，逆變器從母線上獲取能量；有的電機處于制動狀態(tài)時，能量可以回饋給母線及電網，處于電動狀態(tài)的單元與處于制動狀態(tài)的逆變單元可通過直流母線交換能量，以達到節(jié)能、降低系統(tǒng)容量，降低設備成本和設備占地面積等目的。

直接轉矩控制技術

ACS800多傳動系統(tǒng)采用直接轉矩控制(DTC)技術，不需要在電機軸上安裝脈沖編碼器就可以實現(xiàn)精確的速度和轉矩控制。DTC能在零轉速時輸出滿轉矩，甚至能達到200%的額定轉矩。DTC中，定子磁通和轉矩作為主要控制變量，通過高速的數(shù)字信號處理器，將電機運行實際值與參考值不斷地進行比較，實現(xiàn)對逆變器中每個開關的狀態(tài)進行分別確定，這樣傳動裝置始終處于最佳開關組合狀態(tài)，從而對負載擾動和瞬時掉電等動態(tài)變化做出快速響應。

主從控制技術

主從控制主要應用于多個傳動系統(tǒng)和軸(通過齒輪、鏈條、皮帶等)相互耦合的系統(tǒng)中。把主機和從機的RMIO板CH2通道通過光纖聯(lián)通，從機通過光纖接收主機發(fā)來的命令，同時從機也通過光纖把反饋數(shù)據(jù)發(fā)送給主機。定尺剪兩臺電機之間通過減速機實現(xiàn)剛性連接，兩臺電機之間的同步采用主從控制技術，主機使用的是速度控制，從機使用的是轉矩控制。

系統(tǒng)調試與監(jiān)控

ACS800多傳動調試與監(jiān)控

Drive Window軟件主要用于ACS800多傳動系統(tǒng)的調試與監(jiān)控，該軟件使用DDCS通訊協(xié)議(分布式傳動通訊系統(tǒng))，通過光纖與RMIO板CH3通道相連，利用軟件的數(shù)據(jù)記錄功能和示波功能對采樣到信號進行分析，便于對系統(tǒng)進行監(jiān)控、調試和故障分析處理。利用環(huán)網功能，Drive Window可以同時調試和監(jiān)控多臺ACS800逆變器，但這需要每個傳動單元有惟一的節(jié)點地址。Drive Window軟件功能強大，界面良好，使用方便，利用Drive Window軟件可以對傳動系統(tǒng)進行參數(shù)的查看和修改、運行監(jiān)控、故障分析，程序的備份和下載等操作。

電機辨識模式

系統(tǒng)調試時需要對電機進行辨識，通過對電機辨識，傳動系統(tǒng)可以更精確地識別電機的特征，達到對電機最優(yōu)控制的目的。對電機進行初始化辨識有兩種模式可以選擇，分別是標準辨識和簡化辨識，這兩種辨識模式可以通過修改參數(shù)99.07 MOTOR ID RUN 來選擇。在進行標準電機辨識運行之前，電機需要與被驅動設備分離，這樣在辨識的時候能使傳動系統(tǒng)獲得最高的控制精度；如果需要辨識的電機不能與負載分離，那么可以采用簡化辨識模式。

參數(shù)設置及監(jiān)控波形

部分參數(shù)配置如表1所示。利用Drive Window軟件可以對定尺剪主傳動系統(tǒng)運行期間進行實施監(jiān)控并保存運行曲線。主從電機在剪切鋼板時的運行曲線如圖3所示。

表1 參數(shù)配置及說明

典型故障處理與分析

在實際運行過程中，定尺剪ACS 800傳動系統(tǒng)總體運行穩(wěn)定，但在調試和運行初期也出現(xiàn)過一些問題，以下為典型故障處理方法。

過流或編碼器故障

傳動裝置報過流或編碼器故障，而電機并無卡阻等現(xiàn)象，實際電流也不大，對比參數(shù)1.03和1.04，發(fā)現(xiàn)通過編碼器反饋的速度與實際速度是否偏差過大，判斷是否編碼器速度反饋有問題。此時可以先暫時屏蔽掉脈沖編碼器模塊，修改參數(shù)50.03為INTERNAL，如果恢復正常，則說明編碼器或其電纜有問題。

短路或變頻器配置數(shù)量不符故障

傳動裝置報變頻器短路或者變頻器模塊數(shù)量和配置不符等故障時，查看參數(shù)8.22來確定是哪個變頻器損壞，然后更換損壞的變頻器。如果條件不允許更換變頻器需要立即恢復系統(tǒng)運行的話，可以暫時斷開損壞變頻器的通訊光纖，然后修改參數(shù)16.10為正確的變頻器數(shù)量配置即可暫時降容運行。

結束語

ACS800 多傳動系統(tǒng)自投用以來，性能穩(wěn)定可靠，充分體現(xiàn)了這套系統(tǒng)控制精度高、響應速度快、維護調試方便等優(yōu)點，為舞鋼的寬厚板生產創(chuàng)造了可觀的經濟效益。