陝西科技大學           陳景文   

摘  要：介紹了對陝西省寶雞市某軋鋼廠原軋機電氣控製係統的改造方案，通過用台達CT2000係列變頻器替換原係統的旋轉變流機組，克服了原係統設備多、體積大、費用高、效率低等缺點，獲得了良好的控製效果及經濟效益。

關鍵詞：軋鋼機            電氣控製              改造方案設計  

Abstract: This article describes the Baoji City in Shaanxi Province in a former mill rolling mill electrical control system transformation program, by using a Delta CT2000 series inverter to replace the original system of rotation converter unit, to overcome the original system equipment and large volume, high cost , low efficiency, get a good control effect and economic benefits.

Keywords:  Rolling machine   Electrical control     Design of rehabilitation programs

1原軋機設備簡述

本軋機是用來把高碳鋼從一塊熱板軋成一個冷軋的帶圈
，並且能以2重或4重輥型進行工作。主傳動電機是通過一個傳送比為2的de齒chi輪lun箱xiang同tong支zhi承cheng輥gun或huo工gong作zuo輥gun連lian接jie，電dian動dong機ji的de速su度du從cong零ling速su到dao基ji速su是shi調tiao節jie發fa電dian機ji的de輸shu出chu直zhi流liu電dian壓ya值zhi來lai變bian動dong的de，而er基ji速su至zhi最zui高gao速su則ze是shi通tong過guo提ti高gao輸shu出chu頻pin率lv(即超過基頻頻率)來實現的。在進行熱軋時，可以用2重或4重，而且隻使用主傳動機構，兩個圈卷機不運轉
，位於主傳動電動機和支承工作輥之間的變速箱有兩種速率
，高速時6:4:1，低速時12:8:1。在進行冷軋時軋機通常處於4重情況，使用6:4:1的de比bi率lv的de齒chi輪lun傳chuan動dong。圈quan取qu機ji的de傳chuan動dong與yu此ci相xiang同tong，每mei個ge驅qu動dong裝zhuang置zhi由you一yi個ge發fa電dian機ji和he電dian動dong機ji機ji組zu組zu成cheng，用yong兩liang個ge電dian動dong機ji目mu的de是shi為wei了le方fang便bian的de調tiao節jie可ke控kong張zhang力li的de調tiao節jie的de範fan圍wei，在zai低di張zhang力li範fan圍wei，把ba一yi個ge電dian動dong機ji脫tuo離li連lian接jie，而er兩liang個ge連lian接jie在zai一yi起qi的de電dian動dong機ji被bei供gong高gao張zhang力li範fan圍wei使shi用yong。電dian動dong發fa電dian機ji組zu由you三san個ge傳chuan動dong發fa電dian機ji組zu成cheng，它ta們men分fen別bie給gei主zhu傳chuan動dong裝zhuang置zhi、左、右圈取機供電。全部發電機組由一個三相感應電動機驅動。係統如圖1所示。

圖1 原軋機電控係統

2軋機電氣係統改造方案

2.1原軋機的技術數據：

   主傳動電動機：一台，SC06/2020型350V，686A，400/1200轉/分；

   圈取傳動電動機：四台，CF2805型250V

，168A，1000/1250轉/分；

   主傳動電機工作車速：250米/分；

   寸動引帶速度：25米/分。

2.2傳動係統的改造方案^[1]

原控製係統采用的是旋轉變流機組供電的直流調速係統是屬於五六十年代的產品，該方式設備多、體積大
、費用高、效率低、運行噪音大
、維護不方便、輸出回路采用分離元件作的模擬控製，控製精度差，無法實現智能化控製
，對於軋鋼機的控製係統主軋鋼機

、卷饒機、開卷機在工作時是個時變的
，非線性的

，采用模擬控製方法非常不便。

改造後係統采用台達CT2000係列變頻器


，CT2000係列變頻器支持DEB，zaizhajigongzuoguochengzhongruguochuxianjinjizhidongshifangbiannengliangzaizhiliumuxianshangkuisong
，erqieqizhichiduozhongzongxiantongxunxieyi，shiyongyueliedegongzuohuanjing，kongzhizhuangzhishiyongjiaoliu380V的3相標準交流輸入電壓

，提供SPWM輸出電壓

，可用於交流電機的調速控製
，其具有眾多優點：

(1)裝置可以實現複雜的控製算法
，這是簡單模擬技術無法實現的
；

(2)標準軟件模塊與可組態的軟件控製電路相結合；

(3)通過串行線路
，可其他裝置或主機通訊；

(4)再生控製功能，可以通過組建公共直流母線的運行方式，在公共直流區接入製動電阻

，方便軋機快速往複工作的需要；

(5)發生故障時

，人機接口便自動顯示報警，同時自動保護停機。

2.2.1主軋機的控製

主軋機的控製采用恒轉矩控製方式，將原來的變流旋轉機組控製直接改為用一台CT2000變頻器拖動交流電動機來實現。由於負載較重

，所以在工作過程中上升時采用一個S斜(xie)坡(po)函(han)數(shu)發(fa)生(sheng)器(qi)這(zhe)一(yi)模(mo)塊(kuai)來(lai)實(shi)現(xian)給(gei)定(ding)積(ji)分(fen)器(qi)的(de)功(gong)能(neng)，使(shi)實(shi)際(ji)加(jia)到(dao)速(su)度(du)環(huan)的(de)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)是(shi)一(yi)個(ge)平(ping)穩(wen)上(shang)升(sheng)的(de)斜(xie)坡(po)信(xin)號(hao)
，改(gai)變(bian)給(gei)定(ding)積(ji)分(fen)器(qi)的(de)積(ji)分(fen)時(shi)間(jian)即(ji)可(ke)改(gai)變(bian)斜(xie)坡(po)信(xin)號(hao)的(de)上(shang)升(sheng)斜(xie)率(lv)。

2.2.2可逆軋機的控製

可(ke)逆(ni)軋(zha)機(ji)有(you)兩(liang)個(ge)相(xiang)同(tong)的(de)卷(juan)筒(tong)，根(gen)據(ju)軋(zha)製(zhi)方(fang)向(xiang)能(neng)起(qi)卷(juan)取(qu)和(he)開(kai)卷(juan)作(zuo)用(yong)，兩(liang)組(zu)傳(chuan)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)
，隻(zhi)是(shi)在(zai)卷(juan)取(qu)和(he)開(kai)卷(juan)時(shi)的(de)操(cao)作(zuo)方(fang)法(fa)上(shang)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)。帶(dai)鋼(gang)的(de)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)可(ke)分(fen)為(wei)間(jian)接(jie)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)和(he)直(zhi)接(jie)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)。

間接張力就是充分利用CT2000豐富的內部模塊

，把卷取或開卷的線速度給定、張力給定信號轉換成電機的電流和轉矩控製信號，以達到恒張力的控製的目的。

直zhi接jie張zhang力li控kong製zhi是shi用yong實shi測ce張zhang力li作zuo為wei反fan饋kui信xin號hao，與yu給gei定ding信xin號hao相xiang比bi較jiao
，用yong張zhang力li調tiao節jie器qi，組zu成cheng張zhang力li閉bi環huan對dui張zhang力li進jin行xing調tiao節jie。從cong理li論lun講jiang直zhi接jie張zhang力li控kong製zhi係xi統tong是shi在zai轉zhuan速su閉bi環huan基ji礎chu上shang套tao上shang一yi個ge張zhang力li環huan，組zu成cheng雙shuang閉bi環huan係xi統tong。但dan是shi比bi一yi般ban的de係xi統tong複fu雜za
，主zhu要yao表biao現xian在zai以yi下xia幾ji個ge方fang麵mian：卷徑和轉動慣量均為變參數；zhanglijuzaishuangbihuanxitongdeshejizhong，fuzailijushiwaiburaodong，danzaizhagangxitongzhongzhanglishixitongshuchuliang，zhanglijushixitongneibuguyoudefankuiliang。dangkaolvzhanglijushi
，zhuansuhuandeshejibunenganyibandeshuangbihuanshejifangfa
；juanqukaijuanjiyuzhuzhajijiandedaigangdedonglixuetexingjishuxuemoxingdoujiaofuza

，zaidongtaiguochengzhongdaigangdezhangliyudongtaisubiancunzaiyigeshijianzhihoudeguanxi
，qicanshushibianliang。guwomencaiyongjianjiezhanglikongzhidefangfa，tongguoqianxiangtongdaobazaiyidingdejuanjing
、張(zhang)力(li)給(gei)定(ding)下(xia)需(xu)要(yao)的(de)電(dian)機(ji)轉(zhuan)矩(ju)計(ji)算(suan)出(chu)來(lai)，再(zai)把(ba)它(ta)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)特(te)定(ding)磁(ci)通(tong)下(xia)的(de)電(dian)流(liu)給(gei)定(ding)值(zhi)輸(shu)出(chu)，同(tong)時(shi)檢(jian)測(ce)張(zhang)力(li)值(zhi)，把(ba)張(zhang)力(li)偏(pian)差(cha)經(jing)張(zhang)力(li)調(tiao)節(jie)器(qi)計(ji)算(suan)後(hou)再(zai)折(zhe)算(suan)成(cheng)實(shi)際(ji)卷(juan)徑(jing)下(xia)的(de)調(tiao)節(jie)張(zhang)力(li)矩(ju)加(jia)到(dao)前(qian)麵(mian)的(de)力(li)矩(ju)上(shang)，對(dui)張(zhang)力(li)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)。這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)實(shi)際(ji)上(shang)也(ye)是(shi)直(zhi)接(jie)控(kong)製(zhi)電(dian)機(ji)的(de)力(li)矩(ju)，通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)力(li)矩(ju)來(lai)實(shi)現(xian)對(dui)張(zhang)力(li)的(de)控(kong)製(zhi)。由(you)於(yu)由(you)前(qian)向(xiang)通(tong)道(dao)輸(shu)出(chu)的(de)轉(zhuan)矩(ju)值(zhi)是(shi)經(jing)過(guo)補(bu)償(chang)的(de)方(fang)法(fa)計(ji)算(suan)出(chu)來(lai)的(de)比(bi)較(jiao)精(jing)確(que)的(de)值(zhi)

，它(ta)能(neng)夠(gou)基(ji)本(ben)保(bao)持(chi)張(zhang)力(li)恒(heng)定(ding)。再(zai)加(jia)上(shang)直(zhi)接(jie)張(zhang)力(li)控(kong)製(zhi)環(huan)的(de)調(tiao)節(jie)作(zuo)用(yong)，以(yi)達(da)到(dao)張(zhang)力(li)的(de)精(jing)確(que)控(kong)製(zhi)。

動態補償：在實際運行中常有加
、減jian速su的de，如ru單dan靠kao張zhang力li調tiao節jie器qi進jin行xing調tiao節jie
，可ke能neng會hui因yin調tiao節jie不bu及ji時shi造zao成cheng張zhang力li波bo動dong
，這zhe就jiu要yao求qiu在zai加jia速su過guo程cheng中zhong為wei了le保bao持chi張zhang力li不bu變bian
，電dian磁ci轉zhuan矩ju中zhong應ying該gai附fu加jia負fu的de動dong態tai轉zhuan矩ju以yi補bu償chang需xu要yao放fang出chu的de能neng量liang；在減速中則應附加正的動態轉矩以補償卷繞機構慣性所吸收的能量。

3控製係統組成及功能實現^[2]

五台台達變頻裝置通過軟件組態，由西門子S7-300PLC 進行速度設定、張力設定
，運行程序控製及各種連鎖順序操作等。輸入和參數修改通過一台西門子的OP270操作屏來完成。五台變頻調速裝置采用公共直流母線的接法，通過內部電氣連接和軟件使五台裝置成為一個整體。S7-300與變頻調速器、OP270操作屏組成現場總線控製網絡，協議采用RS485，完成整個軋機操作控製,，控製係統組態圖如圖2所示。

圖2  改造後的軋機控製係統

本係統主要有以下幾部分：

(1)軋機、開卷機、卷取機分別由五台交流電動機拖動，由台達公司生產的VFD-CT2000係列高性能矢量型變頻器輸出來控製電機；

(2)為wei達da到dao所suo規gui定ding的de張zhang力li範fan圍wei，開kai卷juan機ji及ji卷juan取qu機ji分fen別bie有you兩liang台tai電dian機ji組zu成cheng，這zhe兩liang台tai的de變bian頻pin裝zhuang置zhi采cai用yong公gong共gong直zhi流liu母mu線xian的de方fang式shi通tong過guo內nei部bu電dian氣qi連lian接jie和he軟ruan件jian配pei合he使shi兩liang台tai裝zhuang置zhi成cheng為wei一yi個ge控kong製zhi整zheng體ti，通tong過guo速su度du反fan饋kui實shi現xian轉zhuan矩ju控kong製zhi；

(3)軋機的速度給定，寸動速度
、張力大小可直接在操作屏進行調節；

(4)在速度變換的過程中可自動進行慣性補償，補償量可在操作屏上進行設置；

(5)在操作屏上實時顯示線速度
，電機電流，張力值。壓下噸位顯示
；

(6)當帶材斷裂，有警鈴工作，電機自動停止運行。

4所選用的變頻器應用設置及說明

4.1變頻器的接線結構圖

為實現上述功能，所選用的五個傳動點變頻器接線結構如圖3所示。

圖3 五個傳動點的電氣連接示意圖

4.2變頻器主要參數設置^[3]

為實現上述的控製功能
，對變頻器的主要參數設置如下，由於篇幅限製
，本次隻列出部分主要的參數，如附表所示。

附表  變頻器參數表

5改造後運行效果

經過改造後，軋機係統可以去掉一個420馬力電機，一台240kW的發電機，四個84kW的發電機
，節能效果非常明顯
，一年可節約電費將近二十萬元。本套係統於2011年11月投入使用

，經實際驗證，其控製方法簡單、體積小、精度高，各項性能指標均達到或優於用戶的要求，是一個值得推廣的老係統改造方法。

作者簡介

陳景文 男
，陝西科技大學副教授，陝西科達電氣有限公司總工程師，主要研究方向為電力電子與運動控製。

參考文獻

[1] 陳伯時.電力拖動自動控製係統[M].北京：機械工業出版社
，2010.

[2] 廖常初.S7-300/400 PLC應用技術 [M].北京：機械工業出版社，2012.

[3] 中達電通股份有限公司.台達CT2000變頻器使用手冊[Z].2010.