劉 娜

（ 黑龍江特通電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱150028）

全數(shù)字直流控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上就是采用三相橋式模塊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置類型，其在穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)化相應(yīng)等方面均占據(jù)優(yōu)勢， 在國內(nèi)外直流電機(jī)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍不斷拓展。且近些年研制出的新全數(shù)字直流控制調(diào)試方法日漸多樣化、故障診斷功能明顯提升、控制算法精確度簡潔可行，用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，以多樣化控制功能為支撐，保證了產(chǎn)品生產(chǎn)過程的安穩(wěn)性，提升工業(yè)產(chǎn)品品質(zhì)。

1 項(xiàng)目概況

某廠內(nèi)配置的1# 鋁帶坯鑄軋機(jī)組為20 世紀(jì)90 年代設(shè)計(jì)制造的， 鑄軋生產(chǎn)線配置了電子控制線路。 歷經(jīng)數(shù)十年的運(yùn)行歷程， 對運(yùn)行張力及速度指標(biāo)控制的準(zhǔn)確度均有跌落趨勢，成品率整體偏低；系統(tǒng)性能指標(biāo)出現(xiàn)了較明顯的波動(dòng)、零部件磨損現(xiàn)象較為顯著、故障發(fā)生率偏高、停運(yùn)停產(chǎn)情況時(shí)有發(fā)生，難以迎合工廠經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的主觀需求[1]。 鑒于以上情況，本廠擬定改造鑄軋機(jī)直流控制系統(tǒng)， 用2 臺(tái)全數(shù)字直流控制將原有電子控制線路取而代之，已知單臺(tái)臺(tái)電機(jī)功率、額定電壓與電流依次為3500kW、800V、4900A。

2 鑄軋機(jī)工藝及直流控制系統(tǒng)的介紹

2.1 鑄軋機(jī)的生產(chǎn)工藝

處于熔融狀態(tài)的鋁液歷經(jīng)保溫爐熔煉處理， 繼而被整合至流槽、除氣裝置，而后進(jìn)入到前箱，經(jīng)鑄嘴設(shè)施進(jìn)到鑄軋機(jī)輥縫內(nèi)，在鑄軋機(jī)作用下被制造成鋁帶坯，帶坯產(chǎn)品會(huì)被夾送輥轉(zhuǎn)送到銑邊機(jī)，該機(jī)械設(shè)備利用自身附帶的液壓剪切頭對其兩側(cè)邊進(jìn)行銑切處理，最后使用偏導(dǎo)輥將產(chǎn)品運(yùn)輸至卷取機(jī)。

2.2 直流控制系統(tǒng)

電氣控制是鋁帶坯鑄軋工藝體系的重要構(gòu)成， 該工藝運(yùn)轉(zhuǎn)階段對電器控制速度安穩(wěn)性提出了較嚴(yán)格要求，盡管不同控制系統(tǒng)運(yùn)行速度存在一定差異性，但運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)整階段速度穩(wěn)定使最基礎(chǔ)的要求。 常規(guī)作業(yè)條件下要求單方向運(yùn)作，而為迎合檢查、維修、調(diào)試等工作需求，可以逆向運(yùn)轉(zhuǎn)。

上、下輥電機(jī)運(yùn)作階段均統(tǒng)一使用主從控制形式，閉環(huán)控制系統(tǒng)在上輥電機(jī)速度調(diào)整階段起到主導(dǎo)性作用，速度給定設(shè)施設(shè)定速度指標(biāo)，并傳送出轉(zhuǎn)矩設(shè)定值；下輥電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度調(diào)整階段對轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制表現(xiàn)出較高依賴性，其負(fù)責(zé)接收上輥電機(jī)系統(tǒng)傳遞出的轉(zhuǎn)矩值。 可以結(jié)合現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)要求， 調(diào)整及配置兩臺(tái)電機(jī)負(fù)荷，借此方式保證兩臺(tái)鑄軋輥能協(xié)調(diào)、高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 全數(shù)字直流控制及在鑄軋電機(jī)上的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

3.1.1 1900A/660V 直流控制器（ 12 臺(tái)），被細(xì)分為兩組，分別負(fù)責(zé)調(diào)控上、下輥電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.1.2 600A/380V 直流控制器（ 2 臺(tái)），功能以調(diào)控電機(jī)勵(lì)磁為主。

3.1.3 GE9030 PLC 系統(tǒng)（ 1 套），調(diào)控系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯。

3.1.4 供電系統(tǒng)（ 2 套），分別負(fù)責(zé)為上、下輥電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程提供電能，每套系統(tǒng)上均配置了由1 臺(tái)變壓器（ 35kV/800V），變壓器二次側(cè)構(gòu)成以 、Y 繞組為主，兩個(gè)繞組相差30°。 此外，上輥主機(jī)利用4～20mA 模擬量將設(shè)定的速度信號傳遞給下輥，以保證電機(jī)運(yùn)行速度的同步性。

3.2 系統(tǒng)特征

3.2.1 以自然零序電壓原理為支撐，動(dòng)態(tài)檢測電網(wǎng)對地的電容電流。

3.2.2 電網(wǎng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段，減少補(bǔ)償電抗的使用量，能較有效的規(guī)避串聯(lián)諧振過電壓；若電網(wǎng)運(yùn)行階段出現(xiàn)了單項(xiàng)接地情況，則本系統(tǒng)能夠在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行最適宜的補(bǔ)償[3]。

3.2.3 本系統(tǒng)中增設(shè)了消弧線圈， 其不干擾基于功率方向原理而大規(guī)模使用的單項(xiàng)接地保護(hù)設(shè)施運(yùn)行過程，這樣就不要大范圍的調(diào)換設(shè)備設(shè)施，有益于降低電網(wǎng)的運(yùn)行成本。

3.3 主傳動(dòng)的并聯(lián)式調(diào)控

本文以上輥系統(tǒng)作為實(shí)例進(jìn)行闡釋說明。2 組六脈沖的可逆式整流橋經(jīng)由平衡電抗器后，以并聯(lián)形式銜接，共同構(gòu)成了12相整流電路， 為電樞供應(yīng)電能。 △、Y 繞組的供電對象依次是1～3#、4～6#控制器。 第1 組內(nèi)3#作為主控制器，其他2 臺(tái)控制器經(jīng)由并口和3#間傳導(dǎo)通訊信號，3#控制器能在相同時(shí)間點(diǎn)將觸發(fā)脈沖傳遞給1#、2#控制器。 第2 組內(nèi)5#是主控制器，其負(fù)責(zé)把觸發(fā)脈沖傳送給4#、6#控制器，借此方式確保各組上任一控制器均能接入到相同電源上， 同時(shí)觸動(dòng)同相的可控硅。 為確保均流效率符合鋁廠業(yè)務(wù)運(yùn)作需求， 擬定將3#控制器規(guī)劃為速度、電流雙環(huán)式控制系統(tǒng)、5#內(nèi)僅帶有電流環(huán)。3#能經(jīng)串口將本機(jī)電流順利傳送給5#，而后調(diào)整3#、5#控制器的電流環(huán)響應(yīng)，維持兩者的統(tǒng)一性。對6 個(gè)輸入電抗器的運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確測算，借此方式保證均流情況能符合改造設(shè)計(jì)要求。 現(xiàn)實(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)階段均流效率達(dá)到了97.1%。

3.4 并聯(lián)裝置的同步式切換

并聯(lián)裝置正逆方向切換動(dòng)作的同步， 是從最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)維持裝置正常運(yùn)作、降低逆變顛覆等不良情況發(fā)生率的主要方式之一。 為確保電流傳輸方向轉(zhuǎn)變時(shí)兩組控制器均不形成環(huán)流，擬定把第1 組內(nèi)3#主控制器調(diào)整力矩方向信號命令傳遞給另一組5#控制器，而把另一組內(nèi)5#主機(jī)調(diào)整力矩方向的信號命令傳遞至第1 組內(nèi)的3#主機(jī)。 通過落實(shí)以上措施保證各組主控制器只有在電流均為零的工況下，方能實(shí)現(xiàn)切換至反組橋上的目標(biāo)。

3#控制器經(jīng)由串口將電流給定傳導(dǎo)至5#控制器，兩個(gè)主機(jī)之間以點(diǎn)對點(diǎn)形式為支撐傳導(dǎo)電流過零信號，若能確定3#電流已經(jīng)跌落至零點(diǎn)并且與切換條件要求之間相吻合，則提示3#可以點(diǎn)對點(diǎn)模式為支撐將相關(guān)信號反饋給5#，同理，在相同的工況下，5#也能將電流給定信號傳遞給3#。兩主機(jī)在接收到對方傳導(dǎo)的過零信號以后，便能快速切換動(dòng)作。

3.5 主傳動(dòng)的勵(lì)磁控制

因?yàn)橹鱾鲃?dòng)階段形成的勵(lì)磁偏大（ 對應(yīng)的電流為499A），故而推薦單用控制器提供電能的方法。 該控制器運(yùn)轉(zhuǎn)階段應(yīng)用了僅有電流環(huán)的恒流作業(yè)模式，針對測算電樞的反電勢與設(shè)定磁通的工作，選定在3#控制器中進(jìn)行，以磁化曲線為依托促進(jìn)電流給定的產(chǎn)出過程，而后3#主機(jī)再經(jīng)由串行口X 162 把電流給定傳輸至勵(lì)磁控制器內(nèi)，通過落實(shí)以上過程實(shí)現(xiàn)對勵(lì)磁的有效調(diào)控。

已知，磁場額定電流是500A，為強(qiáng)化3#主柜控制器、磁場柜兩者勵(lì)磁電流的匹配度，擬定把其對應(yīng)的額定電流依次設(shè)定為40A、600A， 則此時(shí)3#主柜內(nèi)的P 102 實(shí)質(zhì)上就是電機(jī)勵(lì)磁對應(yīng)額定電流，可采用如下公式進(jìn)行測算：

500/ 600= P102/40

在這樣的工況下，當(dāng)3#控制器內(nèi)額定電流為33A 時(shí)，勵(lì)磁控制器便可以輸送出500A 的電流，提示勵(lì)磁控制效果較好。

3.6 系統(tǒng)調(diào)試

在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)輥道電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止時(shí)間相對較長，明顯滯后于主機(jī)啟動(dòng)速度，而誘發(fā)不同步的問題。 針對以上情況，擬定調(diào)整流器調(diào)試參數(shù)RAMP（ 給定積分），將加速、減速由10s 調(diào)整到3s， 進(jìn)而使輥道電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電壓、 母線相電壓分別為6200V、3600V（ 全電網(wǎng)電壓均值＜6200V），控制器提示＜6300V時(shí)，電網(wǎng)單相接地電容電流為41.4A，折算到6200V 是40.7%。牽拉吊一個(gè)長度為1000m 的電纜，電容電流降至37.7A，強(qiáng)該段電纜再次安裝到電網(wǎng)內(nèi)， 現(xiàn)實(shí)電容電流是40.4A， 兩算均投入后，提示為41.4A，提示電容電流檢測基本準(zhǔn)確。

結(jié)束語

本文提及的改造內(nèi)容在2017 年鋁廠大修階段整體落實(shí)，兩年運(yùn)轉(zhuǎn)階段無故障發(fā)生。 這提示將全數(shù)字系統(tǒng)用于直流控制系統(tǒng)內(nèi)，能顯著提升系統(tǒng)的智能化程度，強(qiáng)化運(yùn)行過程的安穩(wěn)性，外部布設(shè)的控制線路較為簡潔， 較明顯的減少系統(tǒng)運(yùn)維量，間斷故障位點(diǎn)最查找、原因分析的實(shí)踐；提升了系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確度，速度、張力誤差分別是±1%、2%，達(dá)到了改造設(shè)計(jì)要求，明顯改善了產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)原材料的耗用量，協(xié)助鋁廠運(yùn)營階段增加生產(chǎn)量，提示全數(shù)字系統(tǒng)具有較高的推廣價(jià)值。