梁飛 李永生 廖世銘 周又吾

[摘? ? 要]西門子6SE70變頻器由于其可靠性高，應(yīng)用范圍廣等原因，在我生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有大量使用。但其于2011年左右開始陸續(xù)停產(chǎn)，備件采購(gòu)也于幾年無(wú)法正常采購(gòu)，由于鄂鋼寬厚板廠是連續(xù)大型化軋鋼生產(chǎn)線，整線停機(jī)改造的可能性小，代價(jià)大。且由于自動(dòng)系統(tǒng)采用西門子TDC裝置的原因，改造技術(shù)門檻也較高。于是保證備件正常供應(yīng)和高效可靠升級(jí)是本文探索的主要內(nèi)容。

[關(guān)鍵詞]西門子;6SE70;變頻器升級(jí);匯川MD880

[中圖分類號(hào)]TM921.51 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）10–0–03

Upgrading and Replacement of Siemens 6SE70 Series Frequency Converter

Liang Fei，Li Yong-sheng，Liao Shi-ming，Zhou You-wu

[Abstract]Siemens 6SE70 frequency converter is widely used in our production site because of its high reliability and wide application range. However， it began to stop production around 2011， and the procurement of spare parts could not be normally purchased in recent years. Because our plant is a continuous large-scale steel rolling production line， the possibility of shutdown and transformation of the whole line is small and the cost is high. Moreover， due to the adoption of Siemens TDC device in the automatic system， the technical threshold of transformation is also high. Therefore， the main content of this paper is to ensure the normal supply of spare parts and efficient and reliable upgrading.

[Keywords]siemens;6SE70;frequency converter upgrade;huichuan MD880

鄂鋼寬厚板廠于2009年建成投產(chǎn)，其生產(chǎn)線輔傳動(dòng)系統(tǒng)均采用西門子6SE70系列變頻器，該變頻器為西門子推出的高端工程型變頻器，單機(jī)容量從2.2～4000 kW，該系列變頻器具有應(yīng)用范圍廣、可靠性高、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)。但其產(chǎn)品于2011年左右陸續(xù)開始宣布產(chǎn)品停產(chǎn)。隨著時(shí)間的推移，其備件價(jià)格逐步升高，同時(shí)備件采購(gòu)的難度也越來(lái)越大。探索此變頻器的升級(jí)與替代方案顯得尤為重要。

1 升級(jí)方案探索與對(duì)比

針對(duì)此實(shí)際情況，鄂鋼寬厚板廠自2017年就開始探索和了解國(guó)內(nèi)同行業(yè)針對(duì)類似問(wèn)題的解決方案;此系列變頻器的升級(jí)方案主要由6SE70系列升級(jí)到西門子S120系列和國(guó)產(chǎn)化替代方案，其中國(guó)產(chǎn)化替代方案一般情況下都具有替代門檻低，不需要改造自動(dòng)化系統(tǒng)，改造方便，大多廠家產(chǎn)品尺寸都比原西門子6SE70尺寸小，改造快捷，可以一臺(tái)一臺(tái)利用日常檢修實(shí)施推進(jìn)等特點(diǎn);由此可見(jiàn)，由于國(guó)產(chǎn)化替代方案大多具備實(shí)施方便，技術(shù)門檻較合資產(chǎn)品技術(shù)門檻低、改造時(shí)間短，目前主流同類企業(yè)在備件替換的情況下多傾向于改造較為方便的國(guó)產(chǎn)化替代方案。但也由于國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的產(chǎn)品周期大多不超過(guò)5a，故其可靠性還有待考驗(yàn)，部分產(chǎn)品對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)考慮不夠成熟等問(wèn)題，大型技改或關(guān)鍵核心設(shè)備還是采用升級(jí)西門子S120或同類合資或進(jìn)口產(chǎn)品較多。

由于西門子S120系列無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)其上一代產(chǎn)品6SE70系列完全兼容，如果要從6SE70系列升級(jí)到S120系列，則需要對(duì)自動(dòng)化TDC/PLC程序和HMI的Faceplate面板進(jìn)行重新開發(fā)和調(diào)試（見(jiàn)圖1），一方面此工作技術(shù)門檻較高，另一方面相對(duì)調(diào)試時(shí)間較長(zhǎng)。故筆者廠對(duì)常規(guī)變頻器的升級(jí)和備件替代在沒(méi)有大型停機(jī)的前提下，重點(diǎn)考慮改造較為快捷的國(guó)產(chǎn)化替代方案，而大型核心傳動(dòng)現(xiàn)階段還是利用每年大中修以實(shí)施西門子S120系列升級(jí)為主。

2018年上半年開始，鄂鋼寬厚板廠陸續(xù)在非關(guān)鍵位置對(duì)中冶京誠(chéng)、匯川科技、英威騰等國(guó)內(nèi)品牌變頻器進(jìn)行了使用測(cè)試，經(jīng)測(cè)試中冶京誠(chéng)和匯川科技能滿足不改變自動(dòng)化的前提下實(shí)現(xiàn)變頻器的無(wú)縫替代，且替代過(guò)程簡(jiǎn)單易操作。

2 方案過(guò)程實(shí)施

通過(guò)上述幾個(gè)廠家變頻器的對(duì)比，就鄂鋼寬厚板廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際而言，匯川的MD880系列從產(chǎn)品安裝尺寸、改造難易程度、實(shí)施效率等角度綜合考慮均比較適合鄂鋼寬厚板廠的替代實(shí)施。本文以西門子6SE70系列中的一臺(tái)VC類型的變頻器改造為例，其主要過(guò)程如下。

2.1 參數(shù)分析

將原西門子變頻器通過(guò)DriveMonitor上傳到電腦，結(jié)合設(shè)備的控制工藝，對(duì)變頻器的參數(shù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)所有變頻器采用的都是閉環(huán)矢量（速度）控制模式。傳動(dòng)接收一級(jí)系統(tǒng)的速度給定信號(hào)及內(nèi)部速度信號(hào)，未見(jiàn)轉(zhuǎn)矩限幅、轉(zhuǎn)矩窗口或軟化等功能使用;傳動(dòng)裝置反饋給上位機(jī)信號(hào)包括狀態(tài)字、濾波后速度、編碼器速度、DI端子狀態(tài)及故障編碼等信號(hào)。主要參數(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.2 改造思路和單線圖

改造施工利用生產(chǎn)間歇的時(shí)間完成。由于新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全參照原系統(tǒng)的分布布局方式，因此施工內(nèi)容主要包括更換傳動(dòng)裝置、鋪設(shè)通訊電纜、恢復(fù)I/O及電源電纜。

改造原則為替換傳動(dòng)部分硬件和參數(shù)設(shè)值，不更改PLC自動(dòng)化軟件程序，或者僅對(duì)STEP7中涉及的傳動(dòng)Hardware硬件組態(tài)作簡(jiǎn)單修改。替換后的新變頻器與原變頻器相比，有相同的PZD通訊字，包括控制字、狀態(tài)字、速度給定、轉(zhuǎn)矩給定等;有相同參數(shù)量綱，包括線速度、轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩等。

新控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)值完全參照原控制程序設(shè)計(jì)和移植，因此在完成I/O及電源接線的校對(duì)之后即可進(jìn)入冷負(fù)荷試車調(diào)試，各設(shè)備功能試驗(yàn)正常后即進(jìn)入熱負(fù)荷試車調(diào)試和恢復(fù)生產(chǎn)。系統(tǒng)替換后單線原理如圖2所示。

2.3 新變頻器參數(shù)設(shè)置

2.3.1 控制位定義的實(shí)現(xiàn)（見(jiàn)圖3）

B0-01——B0-08定義了傳動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)需要接收到的狀態(tài)，選擇來(lái)源可為從總線或DI端子或其他狀態(tài)等

2.3.2 狀態(tài)位定義的實(shí)現(xiàn)

如圖4所示，對(duì)照6SE70的狀態(tài)字中每一個(gè)位的功能，通過(guò)內(nèi)部位轉(zhuǎn)字功能，將傳動(dòng)的狀態(tài)組合成一個(gè)字。

2.4 設(shè)定通道的實(shí)現(xiàn)及基準(zhǔn)值設(shè)定

（1）依照上文中分析西門子6SE70給定數(shù)據(jù)，關(guān)聯(lián)相關(guān)通道。

給定通道：主給定通道，C0-00——對(duì)照6SE70中P443;輔助給定通道，C0-01——固定給定值。

（2）給定值標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。

如圖5所示，過(guò)程數(shù)據(jù)輸入2通訊基值N1-37：對(duì)應(yīng)過(guò)程通道第二個(gè)字，也就是常用的速度給定通道，轉(zhuǎn)換成匯川的標(biāo)準(zhǔn)為16384×P107/P352。過(guò)程數(shù)據(jù)輸入5和6通訊基值N1-40及N1-41：對(duì)應(yīng)過(guò)程通道第二個(gè)字，也就是上節(jié)中分析的轉(zhuǎn)矩給定通道，轉(zhuǎn)換成匯川的標(biāo)準(zhǔn)為16384×P113/P354。

2.5 反饋值通道的實(shí)現(xiàn)及基準(zhǔn)值設(shè)定

N1-04：反饋值通道1，根據(jù)需要常規(guī)定義為狀態(tài)字，即通過(guò)位轉(zhuǎn)字功能實(shí)現(xiàn);

N1-05：反饋值通道2，根據(jù)需要常規(guī)定義為濾波后速度反饋，選擇U9-00即可;

N1-06：反饋值通道4，根據(jù)需要定義為輸出電流，選擇U6-01即可;

N1-07：位轉(zhuǎn)字功能，將變頻器DI端子信號(hào)組成字反饋給上位機(jī);

N1-08：當(dāng)前故障，將當(dāng)前變頻器報(bào)警代碼反饋給上位機(jī);

N1-09：編碼器實(shí)際速度反饋給上位機(jī)。

得益于匯川變頻器的控制器可以實(shí)現(xiàn)所有通訊字轉(zhuǎn)換成位功能，將所有位信號(hào)重新排列，再根據(jù)需要按順序轉(zhuǎn)成字信號(hào)。匯川變頻器可以實(shí)現(xiàn)在自動(dòng)化端不改變?nèi)魏斡布渲煤涂刂七壿嫷那疤嵯聦?shí)現(xiàn)裝置的無(wú)縫替代，甚至西門子PLC端的GSD文件都可以繼續(xù)沿用，大大降低了改造周期和成本。且所有的改造和調(diào)試都是通過(guò)Inodrive Studio軟件來(lái)完成，改造技術(shù)門檻相對(duì)較低。

3 改造效果

隨著中國(guó)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，在功率元器件領(lǐng)域也由從以前的完全進(jìn)口逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代，國(guó)產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用也更加考慮了國(guó)內(nèi)的需求和使用環(huán)境，通過(guò)此次探索，不僅解決了現(xiàn)場(chǎng)變頻器無(wú)備件所帶來(lái)的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，更是為以后的產(chǎn)品改造提供了不一樣的實(shí)施思路和經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐清書，薛龍，焦樣.SINAMICSS120變頻控制系統(tǒng)應(yīng)用指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2019.