許海濤，劉建星，劉 濤，李豐磊，侯立國

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南 271100）

1 前言

泰鋼冷軋800 mm酸洗擠干輥傳動裝置采用的是西門子6SE70系列傳動逆變器，該裝置已使用15 a，元件老化，故障率逐年增加。

近年來，每月平均故障時間達到了120 min，嚴重影響了酸洗機組的正常生產(chǎn)。由于該系列傳動裝置已經(jīng)退市，所以該系列傳動裝置備件價格昂貴，采購周期較長，一旦出現(xiàn)故障，只能使用庫存件進行更換或者對故障件進行維修，或者更新?lián)Q代為S120。若升級為S120，參數(shù)及裝配方式都會發(fā)生變化，大大增加了現(xiàn)場維護的難度。同時由于使用量大，而且西門子維修服務(wù)費用高昂，導致維護成本暴增。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展和日趨成熟，國產(chǎn)變頻器以匯川、禾望等為代表的變頻器廠家迅猛發(fā)展，矢量控制技術(shù)逐漸成熟，在低壓交流調(diào)速領(lǐng)域已能挑戰(zhàn)國外品牌的市場地位。

通過對國產(chǎn)變頻器的性能分析，本次改造擬用匯川MD880-50M系列傳動逆變器升級原西門子6SE70系列逆變器，達到降低電氣設(shè)備故障率、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本的目的。

2 性能比較及改造優(yōu)勢

6SE70系列變頻器是由德國西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機的速度。在中國市場上早期的西門子變頻器主要有電流源的SIMOVERT A和電壓源的SIMOVERT P，其后在中國市場大量銷售的主要有MICRO MASTER和MIDI MASTER，以及西門子變頻器最為成功的一個系列SIMOVERT MASTERDRIVE，即6SE70系列。它不僅提供了通用場合使用的AC變頻器，也提供了在冶金、造紙、化纖等特殊行業(yè)使用的多電機傳動的共直流母線方案。

MD880-50M系列是匯川技術(shù)推出的低壓、工程型逆變產(chǎn)品，具有功率密度大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)電機的V/F控制、無編碼器矢量控制（SVC）、有編碼器矢量控制（FVC），在技術(shù)性能方面與西門子市場流行的S120系列逆變器媲美。MD880-50M系列逆變模塊含400 V和690 V兩個電壓等級，可用于構(gòu)建額定功率從3.7 kW到7 100 kW的逆變器。單個逆變模塊最高額定功率為710 kW；多個模塊通過并聯(lián)可以實現(xiàn)更高系統(tǒng)輸出功率，適用于造紙、冶金、試驗站、起重設(shè)備、石油鉆機、礦山工程機械等需要單軸或多軸傳動的驅(qū)動場合。具體如表1所示。

表1 6SE70逆變器與MD880逆變器性能參數(shù)對照

（1）改造西門子變頻器，不需要更改上位機程序，MD880高性能多機傳動變頻器與西門子PLC通訊完全兼容，實現(xiàn)硬件+軟件無縫替換。

（2）公共直流母線設(shè)計，大大節(jié)省了MCC低壓開關(guān)設(shè)備與進線電纜，減小了安裝尺寸和空間。

（3）配置了AFE主動式前端有源整流，不僅能夠?qū)⒅苿幽芰炕仞伒诫娋W(wǎng)，而且始終控制電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)為1，網(wǎng)側(cè)電流諧波THDI小于5%，完全杜絕了對電網(wǎng)的污染；模塊化結(jié)構(gòu)配置，H8快插結(jié)構(gòu)設(shè)計，方便模塊的維護與更換，單個模塊故障時，可將平均故障恢復時間縮短到1 h以內(nèi)。

（4）直流側(cè)隔離刀閘、刀熔與緩沖的配置，能夠?qū)崿F(xiàn)在線維護功能，單個模塊故障的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)不停機更換模塊，大大提高了生產(chǎn)效率。

（5）調(diào)試便捷，軟件內(nèi)置電機算法模型，在負載電機不具備通電條件的情況下，可以提前模擬上電調(diào)試，大大縮短了調(diào)試周期。

3 方案實施

3.1 工作原理

整流模塊將工頻交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，直流電源通過直流母線分配至所有逆變模塊，逆變模塊再將直流電源轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流電源，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)。其中每個逆變模塊在與直流母線連接時需要外加直流熔斷器。典型傳動電氣系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 典型傳動電氣系統(tǒng)

3.2 硬件選擇

匯川MD880逆變器與同功率西門子公司6SE70系列多傳動逆變器外形尺寸相比較，具有下列特點：（1）改造框架外形尺寸與原6ES70相同，無需更多的柜內(nèi)空間；（2）改造框架安裝尺寸與原6SE70相同，無需修改原柜內(nèi)安裝開孔；（3）改造框架直流進線接線位置與6SE70相同，無需修改原進線母排。

MD880逆變器配置了框架后，外形尺寸以及直流母線的進線位置與同功率6SE70完全相同，所以從安裝角度上，可以實現(xiàn)直接“抽舊換新”，而無需考慮柜體空間、附件配置等其他安裝問題，直接將6SE70西門子逆變器更換為MD880逆變器。

3.3 軟件調(diào)試

（1）安裝HPG-10編碼器擴展模塊用于實現(xiàn)帶編碼器的閉環(huán)矢量控制；安裝HDP-10通訊擴展模塊用于實現(xiàn)DP網(wǎng)絡(luò)連接；安裝SOP-20-880智能操作鍵盤用于實現(xiàn)人機交互。

（2）使用Drive Monitor查看原6SE70參數(shù)。包括電機參數(shù)：額定電壓、電流、轉(zhuǎn)速等。編碼器參數(shù)：每圈脈沖數(shù)等。I/O參數(shù)：DI/DO，AI/AO等（這部分參數(shù)涉及硬件設(shè)計、確定逆變器選型、編碼器接口板選型、柜門指示及輔助控制設(shè)計）。通訊參數(shù)：狀態(tài)字、控制字、參考值等（這部分參數(shù)涉及通訊調(diào)試）。靜態(tài)識別參數(shù)：勵磁電流、主電感、定子阻抗、總漏抗等。動態(tài)識別參數(shù)：比例、積分時間、慣量、摩擦轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)子電阻等。斜坡函數(shù)參數(shù)：加減速時間、圓弧時間等（這部分參數(shù)涉及性能調(diào)試，可以用來修正電機的辨識參數(shù)，修正帶機械設(shè)備后的速度環(huán)參數(shù)等）。

（3）通 過MD880標 準PC調(diào) 試 軟 件InoDriveStudio，將解析的6SE70電機參數(shù)、編碼器參數(shù)、I/O參數(shù)、通訊參數(shù)、靜態(tài)識別參數(shù)、動態(tài)識別參數(shù)、斜坡函數(shù)參數(shù)，準確輸入MD880裝置。

（4）MD880采用了位、字連接器的方式，可以靈活地配置控制字和狀態(tài)字，保持與原變頻器一致，接收來自PLC的控制字可以按位來自由連接，由B組（控制通道）、C組（設(shè)定值通道）參數(shù)完成選擇；將實際速度、電流等信號發(fā)送給PLC，并通過設(shè)置通信基值，保證對應關(guān)系為100%→16384，實現(xiàn)無縫對接。

（5）通過MD880的HCU，擴展HDP-10通訊卡，建立與西門子S7-400PLC的ProfiBus DP通訊連接；MD880的GSD文件與西門子6SE70的GSD文件兼容，可以不修改S7-400PLC HW Config中的配置。

4 結(jié)語

通過對泰鋼冷軋800 mm酸洗擠干輥逆變器改造，達到了預期的目的。一方面，節(jié)約了維修成本，更換12臺MD880逆變器后，2021年6月—2022年5月未外出進行維修，比2018年和2019年減少維修費用約5萬元。另一方面，降低了設(shè)備故障，提高了生產(chǎn)效率，降低了酸洗加工成本。

2021年6月—2022年5月，800 mm酸洗線因擠干輥逆變器故障造成的設(shè)備停機時間降為零，提高了生產(chǎn)效率，班產(chǎn)由改造前的每班不足50件提高到改造后的平均每班54件，成效十分顯著。