國產(chǎn)變頻器在棒線材生產(chǎn)線中的應(yīng)用

劉 烈， 劉 東， 洪良根

（1.九江萍鋼鋼鐵有限公司， 江西 九江 332500；2.中冶京誠工程技術(shù)有限公司， 北京 100176）

變頻器是工礦企業(yè)推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備。高壓一般指高于690 V；低壓一般指低于690 V，分別為380 V 和690 V。目前高壓變頻器技術(shù)已經(jīng)完全被國內(nèi)企業(yè)所掌握，能夠完全國產(chǎn)化替代進(jìn)口，低壓變頻器這一塊，以前一直被外企所壟斷，國產(chǎn)的只能做些風(fēng)機(jī)水泵類簡單控制。京誠瑞達(dá)憑借多年的工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，自主研發(fā)低壓變頻器，立足高端應(yīng)用，打破外企壟斷，在多個(gè)大型鋼鐵行業(yè)工程項(xiàng)目中穩(wěn)定應(yīng)用、可靠運(yùn)行，獲得了用戶的高度認(rèn)可。本文以九江萍鋼優(yōu)質(zhì)棒材生產(chǎn)線項(xiàng)目為背景，介紹國產(chǎn)HCE 變頻器在該項(xiàng)目應(yīng)用中的特點(diǎn)。

1 棒材生產(chǎn)線軋機(jī)工藝設(shè)備對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求

該項(xiàng)目的軋機(jī)是1 臺(tái)全連續(xù)棒材軋機(jī)。共有16臺(tái)主軋機(jī)交替排列成三排，粗軋機(jī)有6 臺(tái)，中間軋機(jī)有6 臺(tái)，精軋機(jī)有4 臺(tái)。對于軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，咬鋼和拋鋼的負(fù)荷沖擊大，對傳動(dòng)系統(tǒng)的速度響應(yīng)要求高，快速恢復(fù)減小咬鋼速降，傳輸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)干擾響應(yīng)要求為0.002 5 s，動(dòng)態(tài)恢復(fù)時(shí)間小于100 ms。本文選擇的系統(tǒng)包括整流器，逆變器和全數(shù)字電壓矢量控制系統(tǒng)。它消除了矢量控制系統(tǒng)的解耦，不需要旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，直觀，物理意義清晰，易于理解。

2 棒線材的生產(chǎn)特點(diǎn)

棒材的橫截面形狀簡單，數(shù)量大，適合大規(guī)模的專業(yè)生產(chǎn)。線材具有小的橫截面和大的長度，并且需要尺寸精度和表面質(zhì)量。由于軋件長度大，軋制時(shí)間長，軋件軋制溫度大，鑄件頭部和尾部的尺寸公差不一致，性能不均勻。在現(xiàn)代的棒材和線材軋制生產(chǎn)中，軋制速度高，軋制過程中的溫度降低甚至溫度升高，因此在生產(chǎn)棒材和線材時(shí)坯料加熱溫度低。加熱時(shí)，必須防止過熱和過熱，并使比例最小化。對于易脫碳鋼，必須嚴(yán)格控制高溫段的停留時(shí)間，采取低溫，快速加熱，快速燃燒等措施。

3 生產(chǎn)線軋機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

3.1 棒材生產(chǎn)線軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)交直流方案的選擇

以往的棒材主軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)通常采用直流電機(jī)，但由于直流電機(jī)后期維護(hù)量大，碳刷更換麻煩，增加了電氣維護(hù)人員的工作量。而交流電機(jī)維護(hù)量少，動(dòng)態(tài)性能好，隨著電機(jī)制造技術(shù)，電力電子器件的發(fā)展及交流電機(jī)矢量控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，采用交流傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)完全成熟，工程投資不斷降低，近年新建的棒線材生產(chǎn)線絕大多數(shù)采用交流變頻傳動(dòng)系統(tǒng)，本項(xiàng)目主軋機(jī)電機(jī)采用交流變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。最近幾年鋼廠受益于供給側(cè)改革，效益特別好，帶來了設(shè)備更新?lián)Q代改造的機(jī)會(huì)，許多鋼廠提出要把原來的軋機(jī)直流傳動(dòng)系統(tǒng)改成交流傳動(dòng)系統(tǒng)。因此，通過交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)替換直流系統(tǒng)已成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。

3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

結(jié)合工藝要求和設(shè)備操作，整流變壓器，整流器單元和逆變器分組并選擇容量。整流單元按照區(qū)域設(shè)備分組原則進(jìn)行分配，同一區(qū)域設(shè)備盡可能分為同一組公共直流母線，并考慮基本自動(dòng)化控制區(qū)域的劃分。避免將同時(shí)過載操作的設(shè)備分配到同一母線，并將負(fù)載正確分配到整流器單元上。傳動(dòng)系統(tǒng)的分組除了要滿足工藝要求，還要考慮滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，電氣設(shè)備投資最節(jié)省。采用編碼器矢量控制方法，達(dá)到最佳控制效果。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)

設(shè)計(jì)采用二級自動(dòng)控制系統(tǒng)。二級自動(dòng)化控制系統(tǒng)執(zhí)行以下主要功能：鋼號跟蹤，滾動(dòng)程序管理，速度參考值的生成和傳輸，過程參數(shù)和屏幕顯示，冷卻程序管理，打印生產(chǎn)報(bào)告，故障監(jiān)視和報(bào)警記錄。采用SIMAT-IC S7-400 可編程控制器，用于軋機(jī)設(shè)定，參數(shù)調(diào)整，程序控制和微張力回路控制，物料跟蹤控制等。生產(chǎn)管理級別可以管理軋制程序，工藝參數(shù)優(yōu)化管理，生產(chǎn)信息和生產(chǎn)報(bào)告。軋制線設(shè)計(jì)采用自動(dòng)化操作和生產(chǎn)，具有機(jī)器側(cè)維護(hù)和手動(dòng)操作點(diǎn)。減少現(xiàn)場搬運(yùn)箱和換輥器。

4 軋制過程

首先，將鋼坯從煉鋼輸送輥輸送到高速材料架，并且需要測量裝載架并測量其長度。同時(shí)，進(jìn)行坯料接收，并進(jìn)行人工檢查，并通過剔除裝置手動(dòng)操作各種不合格的坯料，例如形狀彎曲。報(bào)廢裝置最多可收集10 個(gè)廢料，收集完成后，將由電磁吊車改造。鋼坯加熱，鋼坯加熱是軋制過程中的一個(gè)重要步驟，目的是提高鋼的塑性，降低變形能力，同時(shí)也消除或減少鋼坯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷。在預(yù)熱段，將板坯預(yù)熱至300～450 ℃，加熱段將預(yù)熱段內(nèi)的板坯加熱至1 050～1 250 ℃。在軋制階段，鋼坯通過爐子保持輥門從爐子轉(zhuǎn)移到粗軋區(qū)域然后到中等軋制區(qū)，最后到精軋機(jī)，它們分別承擔(dān)板坯端面壓縮，半成品軋制變形和成品軋制功能。整個(gè)18 臺(tái)軋機(jī)交替排列（臥式軋機(jī)—立式軋機(jī)），從而確保軋機(jī)在橫向和縱向上的變形，形成完整的軋制過程。軋制不同的鋼種取決于精軋區(qū)軋機(jī)孔形狀的選擇和軋輥間隙的調(diào)整。連續(xù)軋制過程對軋機(jī)的主傳動(dòng)有嚴(yán)格的要求，以便動(dòng)態(tài)地滿足要求?！案鳈C(jī)架間軋件秒流量相等”這個(gè)基本原理是及時(shí)快速地連續(xù)調(diào)整相關(guān)主驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)速度，以微調(diào)滾動(dòng)速度，消除各種外部因素造成的干擾。要求主傳動(dòng)的調(diào)速范圍大；高速調(diào)節(jié)和小靜態(tài)速度下降（高達(dá)±0.1%）；動(dòng)態(tài)速度下降很小，恢復(fù)時(shí)間很短。否則，相鄰機(jī)架滾動(dòng)部件的流量將失去平衡，甚至引起滾動(dòng)事故。

5 現(xiàn)場總線的應(yīng)用

現(xiàn)場總線是近年來發(fā)展迅速的工業(yè)數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場設(shè)備（如控制器和執(zhí)行器）之間的數(shù)字通信，以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳輸。由于現(xiàn)場總線的突出優(yōu)點(diǎn)，如簡單，可靠，經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，它已被許多標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)制造商高度重視。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝和調(diào)試過程中，現(xiàn)場裝配系統(tǒng)的應(yīng)用無疑是正確的，但在現(xiàn)場安裝過程中，應(yīng)注意：現(xiàn)場安裝條件與原始設(shè)計(jì)和系統(tǒng)要求之間的差異和解決方案；現(xiàn)場各類干擾因素的防范；現(xiàn)場的接地系統(tǒng)對總線的影響。

6 實(shí)時(shí)以太網(wǎng)應(yīng)用

它是工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的一種新的開放式實(shí)時(shí)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用了大量成熟的IT 技術(shù)。使用高效，穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)和UDP/IP 協(xié)議的確定性通信調(diào)度策略為現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)時(shí)工作建立了新標(biāo)準(zhǔn)。在線材生產(chǎn)線的自動(dòng)控制。網(wǎng)絡(luò)是控制的基礎(chǔ)。為高效的自動(dòng)化生產(chǎn)控制提供基礎(chǔ)。通信介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間，延遲，誤碼率，傳輸抖動(dòng)，帶寬等是主要的參考指標(biāo)。在實(shí)施實(shí)時(shí)以太網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮了現(xiàn)有設(shè)備的作用，結(jié)合現(xiàn)場總線和實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)使現(xiàn)場控制層與管理層全面結(jié)合起來，對生產(chǎn)線設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，設(shè)備運(yùn)行控制和故障報(bào)警更加及時(shí)準(zhǔn)確，為企業(yè)設(shè)備管理和生產(chǎn)線自動(dòng)化控制提供最基本的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。線材生產(chǎn)線的設(shè)備管理和控制更加精細(xì)、平坦、科學(xué)。

7 結(jié)語

HCE880 系列變頻器產(chǎn)品，很好的完成了工藝及設(shè)備的控制需求，得到了用戶的廣泛認(rèn)可。該項(xiàng)目的順利投產(chǎn)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了瑞達(dá)變頻器立足冶金高端應(yīng)用，打破國際壟斷的初衷，為低壓變頻器國產(chǎn)化開辟了一條新路。同時(shí)變頻器有較多的保護(hù)功能，其主要保護(hù)功能包括過流保護(hù)，短路和接地屏障保護(hù)，以及電子熱敏電阻過壓保護(hù)。輸入欠壓保護(hù)，瞬時(shí)停電保護(hù)等，有效保護(hù)其他電氣設(shè)備，特別是它可以保護(hù)電機(jī)并延長電機(jī)的使用壽命。