ACS800多傳系統(tǒng)及其在工業(yè)上的應(yīng)用

摘 要：文章概述了ACS800多傳系統(tǒng)的含義、組成部分，以及所使用的先進(jìn)DTC技術(shù)。并簡單介紹了ACS800多傳系統(tǒng)在不同工業(yè)方面的應(yīng)用，包括矯直機(jī)控制系統(tǒng)，大電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)以及瓦楞紙機(jī)速度控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：ACS800多傳系統(tǒng)；DTC技術(shù)；控制系統(tǒng)

1 ACS800多傳系統(tǒng)

ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)全數(shù)字交流變頻器，是位于瑞士的ABB公司第一代應(yīng)用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)-DTC技術(shù)的產(chǎn)品。ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：在沒測速電機(jī)和光碼盤提供的反饋信息條件下，該系統(tǒng)也可以對任何標(biāo)準(zhǔn)的鼠籠電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速的精確控制。ACS800-704系列整流單元，是ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)的直接電源提供者，該單元可以為ACS800系統(tǒng)提供穩(wěn)定功率的電量。與之對應(yīng)的是，ACS800-104系列的逆變單元，由于系統(tǒng)直接掛在直流母線上，所以其電源來源就是通過統(tǒng)一的直流母線供電。這樣的布置方式可以帶來諸多的優(yōu)點(diǎn)，例如：能量可以在各個(gè)逆變器系統(tǒng)之間進(jìn)行自由地流動(dòng)，可以有效防止泵壓波和直流電壓波的威脅。同時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)中沒有回饋制動(dòng)單元的時(shí)候，如果系統(tǒng)中任何分部發(fā)生停機(jī)、減速，那么，該部分的能量就會(huì)被其它分部吸收。此外也有可能通過回饋裝置，返回到原來的總電網(wǎng)中，達(dá)到節(jié)能、高效目的[1]。

ACS800變頻器在結(jié)構(gòu)應(yīng)屬于交流-直流-交流變頻器。ACS800的整流電路應(yīng)用二極管的不可控整流器，而逆變器應(yīng)用可控關(guān)斷全控式器件。電流的逆變過程如下：電網(wǎng)中恒壓、恒頻、正弦交流電，首先經(jīng)過二極管的不可控整流器，轉(zhuǎn)變成為恒定的直流電，然后，直流電經(jīng)過SPWM逆變器，從而逆變成電壓、頻率可調(diào)的正弦交流電，隨后供給工作電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速[2]。ACS800變頻器，是目前主要流行的可以實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制電壓的變頻器之一，應(yīng)用當(dāng)今先進(jìn)的DTC技術(shù)-直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)作為主要的控制方式。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)-DTC技術(shù)，是在三相交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)中較為主流高速調(diào)速的技術(shù)，其具有諸多優(yōu)點(diǎn)，其中包括：理念創(chuàng)新方法簡明、控制獨(dú)特。同時(shí)DTC技術(shù)也是目前高動(dòng)態(tài)工作條件下，控制電機(jī)性能的最佳選擇方法之一[3]。以ACS800多傳系統(tǒng)作為主體的交流低壓傳動(dòng)裝置，具有其他裝置不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，例如ACS800多傳系統(tǒng)在全功率的范圍內(nèi)，可以使用統(tǒng)一的控制技術(shù)。自定義編程、啟動(dòng)向?qū)?、DTC控制技術(shù)等都包括在內(nèi)。除此之外，例如：通用接口技術(shù)、通用備件等也都是統(tǒng)一的控制技術(shù)。還包括用于選型、調(diào)試、維護(hù)的通用軟件工具。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，其力矩的階躍上升時(shí)間不超過5ms，在無編碼器的情況下仍可以精確控制力矩，包括零速滿轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，直接作用于轉(zhuǎn)矩。在編碼器的情況下其動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的速度偏差分別低于0.01%和0.1%。更重要的是，它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到200%[4]。

2 ACS800多傳系統(tǒng)在工業(yè)上的應(yīng)用

2.1 ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)在矯直機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

輥式矯直機(jī)的作用是，在鋼板軋制過程中，鋼板經(jīng)常會(huì)發(fā)生彎曲、變形等現(xiàn)象。此類的鋼板必須經(jīng)過矯直機(jī)矯直才能達(dá)到一定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。輥式矯直機(jī)的工作原理是，利用上下交錯(cuò)排列的，兩排矯直輥，來對鋼板進(jìn)行矯正。輥的驅(qū)動(dòng)力來自于，兩臺(tái)同樣規(guī)格的交流異步電機(jī)通過減速分配的驅(qū)動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)的額定電壓690V，功率為600kW。控制系統(tǒng)采用的是西門子的PLC系統(tǒng)，以及ABB公司的ACS800多傳系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)的組成部分包括：逆變柜、整流柜、輔助控制柜以及進(jìn)線柜等。在該系統(tǒng)的硬件組態(tài)中，PLC作為系統(tǒng)主站，從站組成部分是：主傳動(dòng)的整流回饋單元，和逆變單元，現(xiàn)場總線作為二者的通訊中介。系統(tǒng)的工作過程如下：首先設(shè)置好適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)參數(shù)，然后在PLC內(nèi)部的程序調(diào)用指定數(shù)據(jù)塊，隨后就可以讀取變頻器的數(shù)字信息，其中包括：速度實(shí)際值、主狀態(tài)字、電流值等。最后，將這些信息發(fā)回給變頻器編號程序之后，給PLC下達(dá)不同操作命令，就可以實(shí)現(xiàn)矯直機(jī)上面，兩臺(tái)電機(jī)的控制方式轉(zhuǎn)換，如單動(dòng)或者聯(lián)動(dòng)。同時(shí)，在兩種工作模式下，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行速度，如快速、中速、慢速。

2.2 ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)在大電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)上的應(yīng)用

在電動(dòng)機(jī)行業(yè)中，對電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)的時(shí)候都會(huì)遇到各種各樣的問題，而且電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過程十分麻煩、復(fù)雜，但是試驗(yàn)效果仍不理想。其具體表現(xiàn)包括：工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大等。這些都給電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展帶來了阻力。但是在進(jìn)入21世紀(jì)以來，變頻技術(shù)的發(fā)展為電動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)提供了很好的技術(shù)基礎(chǔ)和條件。

對于大功率以及超大功率的電機(jī)試驗(yàn)，傳統(tǒng)的電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已經(jīng)無法滿足條件。但是對于功率在5MW以下的發(fā)電機(jī)以及電動(dòng)機(jī)，在出廠之前的試驗(yàn)中，以ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)為主體的大電機(jī)綜合性試驗(yàn)平臺(tái)都可以滿足其測試需求。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)方法相比較，具有的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，例如：具有能量回饋的功能，而且節(jié)能顯著；同時(shí)輸入、輸出側(cè)功率因數(shù)也隨之提高。該系統(tǒng)中，有一個(gè)四象限的脈沖變流器-R8i模塊。起作用是：在向位于中間部分的直流回路提供電力的同時(shí)，也可以將中間的直流回路的能量返回到整個(gè)電網(wǎng)。ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)為主體的大電機(jī)綜合性試驗(yàn)平臺(tái)適應(yīng)范圍為：輸出功率在200kW以上的傳動(dòng)單元。既可以單獨(dú)使用該系統(tǒng)，也可以并聯(lián)使用該系統(tǒng)。

對于該系統(tǒng)的R8i模塊，其可以在將輸入的三相交流電變?yōu)橹绷麟娭?，再將其供給到中間的直流回路。在這樣的過程后，中間直流的回路就變成了驅(qū)動(dòng)電機(jī)中逆變器的能量來源。因此，在中間的直流回路中，一個(gè)逆變器以及多個(gè)逆變器都是可以同時(shí)接入的，而且匹配性較好。

根據(jù)瑞士ABB公司的最新直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)-DTC技術(shù)和四象限運(yùn)行原理進(jìn)行搭建的ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在經(jīng)過實(shí)際使用測試之后，取得了非常良好的效果。對于電機(jī)的高性能控制可以輕松實(shí)現(xiàn)。在經(jīng)過實(shí)踐證明之后，該ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的性能好、功能齊全、功率等級和效率都很高。除此之外，電機(jī)在測試過程中消耗的能量也被大大的控制住，滿足了節(jié)能減排的目標(biāo)及要求[5]。

2.3 ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)在瓦楞紙機(jī)速度控制上的應(yīng)用

在瓦楞紙機(jī)速度控制系統(tǒng)中，采用三級控制系統(tǒng)。其中的第一級是變頻控制級?？刂葡到y(tǒng)是ACS800的多傳動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)，配有相應(yīng)閉環(huán)控制編碼器的反饋板，這樣就組成了組成閉環(huán)的控制系統(tǒng)。還配有通訊板，方便控制系統(tǒng)與上位機(jī)組成總線控制網(wǎng)絡(luò)。傳動(dòng)系統(tǒng)的第二級，包括PLC控制系統(tǒng)，操作臺(tái)配有人機(jī)界面，其通過一定的通訊網(wǎng)絡(luò)接口，掛入PLC系統(tǒng)，以便進(jìn)行相應(yīng)的現(xiàn)場操作。傳動(dòng)系統(tǒng)的第三級，被稱為上位優(yōu)化控制系統(tǒng)。該級別在工業(yè)計(jì)算機(jī)的幫助下，可以監(jiān)控整個(gè)紙機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)。可以通過工業(yè)以太網(wǎng)，與車間管理級和廠級管理級組成聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化控制以及自動(dòng)化控制。

本系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于，使用ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)對紙機(jī)的速度進(jìn)行控制。在傳統(tǒng)的傳動(dòng)工藝中，以單傳動(dòng)模式居多。但是應(yīng)用多傳動(dòng)系統(tǒng)之后，制動(dòng)電阻、制動(dòng)單元的規(guī)模和數(shù)量都得到縮減。與此同時(shí)，電器柜的數(shù)量、體積都會(huì)在一定程度上有所減少。除此之外，同一套的整流供電單元就可以滿足多套逆變裝置同時(shí)使用的要求，備件數(shù)量也有所減少。由于多傳動(dòng)系統(tǒng)的自身特性，其也存在著自身不可避免的缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)性差都是它先天性的不足。本系統(tǒng)在投入使用以來，性能穩(wěn)定，工作可靠，給企業(yè)提供了很好的經(jīng)濟(jì)效益。作者認(rèn)為，在不久的將來，電子、微電子技術(shù)、信息技術(shù)突飛猛進(jìn)的基礎(chǔ)上，ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用前景和產(chǎn)值空間將會(huì)越來越大，造紙、煤礦、冶金等行業(yè)都會(huì)是該系統(tǒng)大顯身手的地方[6]。

參考文獻(xiàn)

[1]張攀峰，黨宏社.ACS800MultiDrive在紙機(jī)變頻傳動(dòng)控制中的應(yīng)用[J].中華紙業(yè)，2008（14）：38-42.

[2]韓旭，孟彥京.ACS800變頻器在紙機(jī)變頻傳動(dòng)中的應(yīng)用[J].變頻器世界，2009（6）：95-98.

[3]吳潔 ，湯元東.ACS800多傳動(dòng)在可逆軋機(jī)電動(dòng)壓下系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子世界，2012（1）：53-56.

[4]任群社，王有玉，馮 .ACS800交流變頻傳動(dòng)裝置在頂驅(qū)轉(zhuǎn)盤復(fù)合雙驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2008（4）：38-41.

[5]王銳，李帆，康樂.基于ACS800-104LC的大電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)[J].船電技術(shù)，2012（S1）：110-113.

[6]張攀峰，孟彥京.ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)在紙機(jī)速度控制中的應(yīng)用[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（5）：80-83.