王寶月 戴建新 賀寶占

(北京首鋼自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司京唐運(yùn)行事業(yè)部，河北 唐山 063200)

1 HD2000系統(tǒng)組成

1.1 控制單元

HCU20控制單元作為變頻器的核心部件，主要為控制軟件提供硬件平臺(tái)，對(duì)內(nèi)、對(duì)外提供 I/O接口和通訊接口等。該控制單元具備矢量、V/F、伺服控制功能，能同時(shí)驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)矢量或 8 個(gè) V/F 軸，并可實(shí)現(xiàn)6 個(gè)功率單元直接并聯(lián)。支持現(xiàn)場(chǎng)總線 Profibus、CANopen、DeviceNe、Profinet IO 等多種通訊協(xié)議，通過(guò)選配對(duì)應(yīng)型號(hào)的控制單元，可實(shí)現(xiàn)與固有 PLC 的無(wú)縫連接，方便替換和維護(hù)。

1.2 智能整流單元

智能整流單元 SRU采用IGBT與二極管混合封裝的功率模塊，直流電壓不可調(diào)，具有回饋功能提高電機(jī)的制動(dòng)力，加快系統(tǒng)的響應(yīng)。觸發(fā)方式簡(jiǎn)單可靠，整流和回饋電流含有較高5次、7次諧波輸入，必需配置≥ 4%的電感。

1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元

驅(qū)動(dòng)單元MDU由直流母線供電，最多并聯(lián)4個(gè)相同的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，功率器件采用 IGBT，控制方式為雙極性 PWM。支持同步機(jī)和異步機(jī)、VF和矢量控制，輸出有du/dt濾波器，正弦波濾波器和峰值電壓抑制器等可供選擇。

1.4 輸出電感柜

電感器在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲等作用，還有篩選信號(hào)、過(guò)濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等作用，可以抑制變頻器輸出端的諧波及限制電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的電流沖擊，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，保障電器設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 整流回饋系統(tǒng)

京唐公司中厚板精軋機(jī)輥道制動(dòng)頻繁，新傳動(dòng)系統(tǒng)與原6SE70系統(tǒng)保持一致，采用整流+回饋的形式，節(jié)能并能提高電機(jī)的制動(dòng)力，加快系統(tǒng)的響應(yīng)。

變頻器驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)需要將能量從負(fù)載中抽出的情況，比如在電動(dòng)機(jī)要?jiǎng)x車時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的機(jī)械慣性，具有機(jī)械動(dòng)能，這部分能量要么白白浪費(fèi)，要么加以利用。能量回饋就是設(shè)法將上述機(jī)械能量轉(zhuǎn)化為電能回送電網(wǎng)，從而節(jié)能。在能量回饋過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于處于發(fā)電狀態(tài)，原來(lái)的逆變裝置現(xiàn)在則處于整流狀態(tài)，而原來(lái)的整流裝置卻被控制處于逆變狀態(tài)，從而完成將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械動(dòng)能回饋電網(wǎng)。

禾望智能整流單元能夠?qū)⒔涣麟娋W(wǎng)的電能變換為直流(整流)，并在需要的時(shí)候進(jìn)行逆變運(yùn)行回饋能量的功率電路，以及控制電路等部分。

3 逆變系統(tǒng)控制

中厚板精軋機(jī)輥道傳動(dòng)系統(tǒng)由一臺(tái)控制單元控制兩臺(tái)逆變器拖動(dòng)整組輥道，給定選擇為速度控制模式，電機(jī)選擇為無(wú)編碼器的開環(huán)矢量控制。通過(guò) I1-45.01 電機(jī)參數(shù)辨識(shí)模式選擇可以進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)優(yōu)化。通過(guò) I1-45.03 可以查看電機(jī)參數(shù)辨識(shí)狀態(tài)，如果電機(jī)參數(shù)辨識(shí)過(guò)程中出現(xiàn)故障，可重新進(jìn)行電機(jī)參數(shù)辨識(shí)，直到電機(jī)參數(shù)辨識(shí)完成。電機(jī)參數(shù)辨識(shí)前必須確保輸入正確的電機(jī)銘牌參數(shù)，HD2000系統(tǒng)支持2組電機(jī)參數(shù)設(shè)置，通過(guò)I-46.02切換組別，可一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)2組電機(jī)。

矢量控制模式的速度調(diào)節(jié)器支持手動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié)，可以通過(guò)功能碼 Ix-57.30 速度環(huán)自動(dòng)響應(yīng)系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。Ix-57.30=1～100，實(shí)際的 Kp 和 Ki 根據(jù)當(dāng)前的電機(jī)參數(shù)、電機(jī)速度和電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，該系數(shù)越大，速度環(huán)響應(yīng)越快，但系統(tǒng)穩(wěn)定性降低；該系數(shù)越小，速度環(huán)響應(yīng)越低，但系統(tǒng)穩(wěn)定性好。精軋機(jī)輥道在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)速度變化波動(dòng)異?，F(xiàn)象，當(dāng)時(shí)我們手動(dòng)定義速度控制器的比例增益KP，波動(dòng)大時(shí)減小KP。在選定KP后保持橫恒定，調(diào)節(jié)KI積分時(shí)間KI越短，連續(xù)偏差值的校正就越快，但是如果太短，就會(huì)造成控制不穩(wěn)定，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)比波形圖合理優(yōu)化速度調(diào)節(jié)器后，可以消除穩(wěn)態(tài)誤差和減小超調(diào)，確保電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

4 Profibus DP 通訊

HD2000系統(tǒng)使用 6SE70 模塊的協(xié)議屬性，從站地址設(shè)定S-20.01分別為45、46、47與原地址保持一致，確保切換操作后正常通訊。兩套設(shè)備站地址相同，只需斷開西門子或禾望控制柜電源，即可完成兩套設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)切換。控制單元的現(xiàn)場(chǎng)大小端模式必須與上位機(jī)相匹配，原上位機(jī)為大端模式故S-20.12設(shè)置為1：MSB-大端模式。現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送字S-20.08、現(xiàn)場(chǎng)總線接收字S-20.09分別對(duì)應(yīng)原系統(tǒng)設(shè)置為6個(gè)字。需要注意若 S-20.01現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議、S-20.02現(xiàn)場(chǎng)總線通訊從站、S-25.01現(xiàn)場(chǎng)總線通訊幀格式、S-25.03現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送字?jǐn)?shù)、S-25.04現(xiàn)場(chǎng)總線接收字?jǐn)?shù)，這些配置參數(shù)變更后，需要將 S-20.14現(xiàn)場(chǎng)總線模塊復(fù)位置1，配置才能生效。

5 系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

(1)可靠接地系統(tǒng)。HD2000系統(tǒng)設(shè)計(jì)了可靠的接地系統(tǒng)，建立了標(biāo)準(zhǔn)的接地基準(zhǔn)電位(地)，所有模塊機(jī)架和負(fù)載電流回路與公共的基準(zhǔn)電位連接，從而確保由于電纜敷設(shè)不合理或設(shè)備安裝不當(dāng)產(chǎn)生的干擾電流能盡快分流掉，從而防止了由于干擾所帶來(lái)的通訊故障。

(2)確保通訊電纜與其他電線電纜之間的距離。由于傳動(dòng)系統(tǒng)需要較大的電功率，因此動(dòng)力電纜常常輸送高電壓和大電流。如果這種電力電纜長(zhǎng)距離與通訊電纜并行敷設(shè)，則在網(wǎng)絡(luò)電纜上會(huì)產(chǎn)生電容性和電感性干擾，從而擾動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信。為避免這種干擾，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)，必須確保通訊電纜與其他電線電纜之間的距離，盡可能把電力電纜和通訊電纜分別敷設(shè)在相互隔離的電纜橋架上。

6 結(jié)語(yǔ)

禾望傳動(dòng)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉。經(jīng)濟(jì)效益分析表明新設(shè)備為產(chǎn)線提高產(chǎn)量，減少故障節(jié)約成本顯著。符合產(chǎn)線要求，隨著產(chǎn)量的提高，經(jīng)濟(jì)效益大幅增長(zhǎng)，禾望產(chǎn)品將會(huì)有極廣闊的推廣應(yīng)用前景。