ABB變頻器在精軋機(jī)后輥道的應(yīng)用

司斌

摘要：本文通過安鋼第二軋鋼廠精軋機(jī)后延伸輥道改造，描述了系統(tǒng)改造前設(shè)備狀況，介紹了ABB變頻器選用原因，描述了相關(guān)控制系統(tǒng)原理及技術(shù)關(guān)鍵，及系統(tǒng)改造實(shí)施過程，取得的相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和使用效果，肯定了此變頻器在精軋機(jī)后延伸應(yīng)用的效果。

一、系統(tǒng)投運(yùn)前狀況

隨著科技的發(fā)展及當(dāng)前市場狀況，控溫控軋和設(shè)備的可靠運(yùn)行成了現(xiàn)階段保障產(chǎn)品質(zhì)量、獲得產(chǎn)品利潤的主要手段。而在生產(chǎn)過程中，精軋機(jī)機(jī)前后輥道依舊采用1997年四輥軋線設(shè)計(jì)投用的直流控制系統(tǒng)，采用U2板調(diào)速系統(tǒng)控制直流電機(jī)，已經(jīng)使用20年，原設(shè)計(jì)技術(shù)性能落后，采用U2板調(diào)速直流控制系統(tǒng)，滿足不了快速生產(chǎn)的要求，挖掘不出設(shè)備潛能，并且設(shè)備老化，控制系統(tǒng)元件、線路和功率柜可控硅老化，易爆硅和快熔，并產(chǎn)生漏電流，故障頻繁，零部件眾多，需要準(zhǔn)備大量備件，采購備件昂貴且及其不便，部分備件全部依靠以前存儲的備件維系，新備件已經(jīng)停止生產(chǎn)，系系統(tǒng)接線繁瑣，占地面積大，噪音高，能耗高，故障點(diǎn)多，無任何智能型的故障判斷輔助手段，分析判斷故障困難，對電機(jī)和系統(tǒng)保護(hù)不全。系統(tǒng)維護(hù)工作量大，系統(tǒng)接線繁瑣，故障點(diǎn)多，不易判斷問題出處，易發(fā)生大的設(shè)備故障， U2板調(diào)速系統(tǒng)每年都需要抽硅串檢查清灰，并且對接線進(jìn)線檢查緊固，直流電機(jī)維護(hù)工作量大，費(fèi)用高，電機(jī)需要定期更換保養(yǎng)，并且日常運(yùn)轉(zhuǎn)中需要關(guān)注電機(jī)碳刷及整流子運(yùn)行情況，而現(xiàn)場部分巡檢不便，因其在測厚儀的輻射范圍內(nèi)，不能進(jìn)行日常巡檢觀測，就給設(shè)備運(yùn)行帶來極大的隱患。

這些技術(shù)設(shè)備問題嚴(yán)重影響精軋機(jī)生產(chǎn)能力的快速提高，影響生產(chǎn)節(jié)奏，成為制約精軋機(jī)生產(chǎn)的瓶頸。

二、原理及技術(shù)關(guān)鍵：

針對以上問題，我們決定對原控制系統(tǒng)進(jìn)行更新改造。使用成熟的交流變頻控制技術(shù)淘汰原來的直流調(diào)速系統(tǒng)。經(jīng)研討論證我們決定采用ABB公司的ACS800系列變頻器。我們選用ABB公司ACS800系列變頻器，型號：ACS800-04-0170-3。ACS800變頻器的核心技術(shù)是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC），DTC直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)由電機(jī)的電壓和電流計(jì)算出定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采用砰-砰控制來實(shí)現(xiàn)變頻器的PWM控制。DTC直接轉(zhuǎn)矩由于沒有電流控制環(huán)路，砰-砰控制產(chǎn)生的輸出電壓，沒有任何電流限制，電壓可以出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，故電機(jī)可以獲得較大的du/dt， 較大的加速電流，因而產(chǎn)生較快的電流響應(yīng)及轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。高速數(shù)字信號處理器以極快的速度采集電機(jī)狀態(tài)以及實(shí)際值，與電機(jī)模型數(shù)據(jù)相比較，更新電機(jī)狀態(tài)，逆變器的每一次開關(guān)狀態(tài)都是單獨(dú)確定的，意味傳動可以產(chǎn)生最佳的開關(guān)組合并對負(fù)載擾動和瞬時掉電等動態(tài)變化做出快速響應(yīng)。所以ACS800變頻器適應(yīng)于需要精確控制轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能應(yīng)用場合，且滿足轉(zhuǎn)矩輸出平穩(wěn)的運(yùn)行要求。另外在無速度傳感器反饋的情況下其速度控制精度也可達(dá)0.1～0.5%，滿足控制精度要求，不需使用速度反饋元件，節(jié)約改造開支。變頻器可自動辨識，根據(jù)電機(jī)連接負(fù)載情況，選擇完全辨識或簡化辨識，變頻器按程序?qū)﹄姍C(jī)通電，建立電機(jī)模型，自動設(shè)定PI調(diào)節(jié)器參數(shù)，帶來最佳的控制效果。

ACS800有豐富的控制軟件，設(shè)定參數(shù)多達(dá)99組，滿足多種控制要求。ACS800有多種定義好的應(yīng)用宏，可根據(jù)負(fù)載選擇不同的應(yīng)用宏，如工廠宏、PID控制宏、轉(zhuǎn)矩控制宏、順序控制宏和用戶自定義宏等等。我們選定工廠宏，在標(biāo)準(zhǔn)固件軟件功能的參數(shù)組中，定義運(yùn)行參數(shù)，為保證運(yùn)行可靠性，選用加減速斜坡功能，極限值控制功能，恒定勵磁啟動功能等。實(shí)現(xiàn)輥道快速啟動，加減速啟停，減少對設(shè)備沖擊，較硬的運(yùn)行特性，保障輥道穩(wěn)定，提高工作效率。多種故障報警保護(hù)，簡便控制盤具備實(shí)時監(jiān)控和故障報警信息存儲功能。修改程序，主令直接控制電機(jī)調(diào)速，實(shí)現(xiàn)最佳的啟停效果，避免與變頻控制相干擾。原來的零位保護(hù)功能和限位保護(hù)功能不變。

三、系統(tǒng)改造實(shí)施：

因電氣室內(nèi)無多余的位置安放新的控制柜，現(xiàn)有輥道控制系統(tǒng)在用，只能利用中修的15天時間進(jìn)行施工，其主要工作有拆除原有的三套U2直流控制系統(tǒng)，重新配置新的ABB控制系統(tǒng)，更換現(xiàn)場電機(jī)，重新敷設(shè)電機(jī)電纜，更改相關(guān)控制PLC程序，進(jìn)行后期調(diào)試工作。因?yàn)楣て诙?、任?wù)重，首先就要求對系統(tǒng)有完整的設(shè)計(jì)，為施工做好充分的準(zhǔn)備。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，往往準(zhǔn)備工作比較瑣碎，而且影響工期，首先在中修前就必須做好準(zhǔn)備工作，做好前期設(shè)計(jì)選型工作，原系統(tǒng)采用U2直流調(diào)速系統(tǒng)，現(xiàn)場采用75kw直流電機(jī)，變頻器電機(jī)低速度力矩小，直流電機(jī)的低速度力矩大，經(jīng)過計(jì)算現(xiàn)場電機(jī)選用90kw交流電機(jī)，可以滿足工藝設(shè)計(jì)要求，根據(jù)電機(jī)額定電流和功率，選擇變頻器，選擇重載大一等級的ACS800-04M-0170-3型變頻。并做好系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，利用AUTOCAD軟件繪制電氣圖紙，審核通過后，準(zhǔn)備所需變頻、接觸器、導(dǎo)線、空開等設(shè)備零件；我們在計(jì)劃階段就確定好幾個關(guān)鍵的時間節(jié)點(diǎn)，柜子拆除時間、變頻及輔助設(shè)備安裝時間、線路配置時間，程序編寫及變頻調(diào)試時間，做好突發(fā)情況的應(yīng)對方案，以有力保證項(xiàng)目進(jìn)展順利，按時按質(zhì)完成。項(xiàng)目實(shí)施過程中，充分利用原有資源，比如空開、接觸器、導(dǎo)線等物料，減少物資消耗，而且盡可能按計(jì)劃完成工作，避免加班加點(diǎn)，提高工人勞動效率，確保了中修完成前順利投用。

四、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及使用效果：

升級改造項(xiàng)目完成后，減少了直流電機(jī)每年2次的備件維修費(fèi)用，解決了精軋機(jī)后延伸因U2板控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題查找故障原因緩慢，處理問題不及時的問題，實(shí)現(xiàn)了故障的快速處理和人員的最優(yōu)化，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品成材率，大大減少故障停車時間，對保障產(chǎn)品質(zhì)量、獲得產(chǎn)品利潤起到了極為重要的作用。

自精軋機(jī)機(jī)后延伸電機(jī)控制系統(tǒng)變頻改造工程項(xiàng)目完成后，其控制系統(tǒng)跟上國內(nèi)先進(jìn)水平，其實(shí)際工作狀況得到很大改善，隨主令信號系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，運(yùn)行速度穩(wěn)定，啟停平穩(wěn)迅速。限制速度、電流、轉(zhuǎn)矩等控制量最大值，保護(hù)電機(jī)和控制系統(tǒng)，恒定勵磁啟動模式啟動，取得靜止條件下最快的啟動速度，使用斬波器，消耗制動時回饋電能，避免泵升電壓過高，使電機(jī)有很短的制動時間；多種故障報警保護(hù)：變頻器對系統(tǒng)接地、過流、過載、過壓等多種故障發(fā)出故障報警，其保護(hù)值可以靈活設(shè)定；實(shí)時監(jiān)控和故障報警：控制盤CDP312除用于設(shè)定參數(shù)外，可選擇顯示3組運(yùn)行參數(shù)并對變頻故障信息進(jìn)行顯示，順序記錄64組故障信息，方便維護(hù)人員掌握運(yùn)行狀態(tài)，分析判斷故障。

實(shí)施精軋機(jī)后延伸ABB變頻控制系統(tǒng)后，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益：

1、做到提前預(yù)防，減少故障范圍、提高處理故障效率，提高產(chǎn)品成材率；

2、減少精軋機(jī)后延伸系統(tǒng)的設(shè)備故障率，杜絕重大的設(shè)備安全隱患；

3、滿足生產(chǎn)及減少產(chǎn)品對表面形狀缺陷的質(zhì)量要求。

4、減少故障停車時間90%以上。

項(xiàng)目完成后2017年與2016年影響生產(chǎn)時間同比減少2小時，2018年前三個月沒有影響時間，經(jīng)過改造后提高了產(chǎn)品的成材率和產(chǎn)品質(zhì)量，提高了設(shè)備作業(yè)率，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]ABB 電氣傳動系統(tǒng)有限公司，《ACS800固件手冊ACS800 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序 7.x》

[2]ABB 電氣傳動系統(tǒng)有限公司，《ACS800固件手冊 系統(tǒng)控制程序 7.x》

[3]ABB 電氣傳動系統(tǒng)有限公司，《ACS800硬件手冊》