S120變頻器在線材生產(chǎn)線中的應用

馬 翔

（首鋼長治鋼鐵有限公司軋鋼廠，山西 長治046000）

在驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速運作過程中，變頻器起著至關重要的作用。在線材的生產(chǎn)過程中，線材主要經(jīng)歷粗軋區(qū)、中等軋制區(qū)最后到達精軋區(qū)[1，2]。軋制線材需要確保各個軋機間的具有相等的軋件秒流量，要想達到此要求，需要保持快速地連續(xù)調(diào)節(jié)各主驅(qū)動器間的電機速度，實時對滾動的速度進行微調(diào)。為避免引發(fā)各相鄰滾動部件間的流量達不到平衡狀態(tài)甚至引發(fā)滾動事故的發(fā)生，變頻器主要負責速度的調(diào)節(jié)，包括大調(diào)速范圍的主傳動；高速的調(diào)節(jié)以及小靜態(tài)的下降速度；下降較小幅度的動態(tài)速度以及短恢復時間。某鋼廠線材生產(chǎn)線主要負責S120變頻器在包括粗軋機、中軋機各自6個機架以及位于精軋區(qū)的4個機架的電控以及驅(qū)動系統(tǒng)的調(diào)試編程任務。該型號變頻器主要采用公共直流母線原理，將電機驅(qū)動共分為8段，匹配電源模給不同段的直流母線進行供電，進而驅(qū)動不同段的電機運動。

1 S120變頻器的基本裝置

驅(qū)動系統(tǒng)MASTERDRIVES系列為日前廣泛應用的變頻器控制系統(tǒng)，S120屬于西門子公司之后更新系統(tǒng)中SINAMICS系列的其中一種新型的變頻器，并逐漸取代MASTERDRIVES驅(qū)動系統(tǒng)。S120的主要設計特點是實現(xiàn)了模塊化，它主要包括矢量控制、V/F控制以及伺服控制一體化的集成變頻控制驅(qū)動系統(tǒng)。S120的各個模塊主要通過標明為DRIVE-CLiQ的通訊接口來進行互相連接。其中，各個模塊主要包含電機模塊、電機編碼器模塊、I/O接口模塊、整流/回饋模塊以及控制單元模塊。

電機模塊主要負責給電機提供電源，此外選擇雙軸的電機模塊最大程度地滿足了緊湊式的模塊設計?？刂茊卧K主要負責整個驅(qū)動系統(tǒng)的智能化驅(qū)動，驅(qū)動器的運行也依靠整個控制模塊的控制。此外，控制單元模塊還包括其他一些重要的附加功能，比如，定位功能以及I/O接口間的邏輯運算功能等等。

模塊化的S120變頻器控制系統(tǒng)為實現(xiàn)上位的控制系統(tǒng)的連接，控制單元模塊集成了PROFINET或PROFIBUS DP這兩種接口。這兩者相結(jié)合既可以實現(xiàn)矢量控制，還可以實現(xiàn)伺服控制，如此擴大了設備模塊化設計的程度，增加了設備的使用種類和形式。盡管在設計層面取得了一定的優(yōu)越性，但設備系統(tǒng)組件間的兼容性以及由此帶來的設計成本仍為一個考慮的問題。S12O型號的變頻系統(tǒng)，在滿足了模塊間自由組合的優(yōu)勢之外，還可以使這些系統(tǒng)組件間保持較高的兼容性，達到了最優(yōu)的狀態(tài)。究其原因主要是因為在每一個組件上都有其自身的識別器，也就是銘牌，它在整個驅(qū)動系統(tǒng)開始組態(tài)起著至關重要的作用。比如，電子銘牌中不僅存在識別碼和訂貨號，還存在電機集成編碼器和等效電路的參數(shù)等重要信息。當系統(tǒng)組件進行重新組合優(yōu)化時，由于各個組件都有其特定的識別信號，可被DRIVE-CLiQ電纜被自動識別，避免在設備進行調(diào)試或者優(yōu)化組態(tài)時手工錄入數(shù)據(jù)的繁瑣以及不確定性，整個過程快捷以及安全可靠。

基于以上模塊裝置配套，S120型號變頻器具有性能高、通用范圍廣，前景巨大。

2 S120變頻器的應用

S120變頻器的基本裝置最重要的特點是具有模塊化設計，可使各個設備組件間進行優(yōu)化組合配置以滿足不同工段對于不同配置組件間的要求。S120型變頻器的主要組件包括有控制器、輸入輸出的接口模塊、功率單元以及編碼器模塊等部分組成。

2.1 S120變頻器的運行

針對S120變頻器運行應用過程中，其中核心部件為控制器，CF儲存卡用來記錄與儲存文件以及各項參數(shù)。當?shù)谝淮芜\行送電時，控制器將首先檢測到與該控制器連接的各個組件的固件版本，它可以檢測出所選用的CF固件版本的不同，當檢測出的固件版本較低時，系統(tǒng)則會提示要求進行升級固件版本。

需根據(jù)設計要求，將各個組件間進行安裝配置。根據(jù)每一組件都有自己不同的銘牌，各個組件間主要通過DRIVE-CLiQ的通訊接口來進行互相連接。值得注意的是，在設備首次通電前，需要插入一個無其他配置信息的空CF儲存卡，如若含有其他配置信息的CF儲存卡將影響配置的項目精準識別，控制器發(fā)出故障信號，無法正式預運行。當項目完成配置之后，需控制器對各個設備進行辨別并加以控制。在這一調(diào)試過程中，相同的設備將會驅(qū)動的不同的運行項目，但整個存在于統(tǒng)一的同一個控制器，這個過程則需要控制器精準辨別并控制好每一設備所驅(qū)動的對象。

當完成好識別各個驅(qū)動對象任務之后，需要進行參數(shù)調(diào)整。整流部分的參數(shù)主要包括進線電壓，當完成好相關參數(shù)測試之后，還需要對測試直流母線的送電狀態(tài)，并在之后觀察是否有正常的母線電壓。除此之外，也需要對逆變單元中的參數(shù)進行調(diào)試，包括有關電機的參數(shù)、電流限幅、控制類型、加速時間以及編碼器相關參數(shù)的設定。最后，在電機的初運行過程中，仍會優(yōu)化各個參數(shù)以便使電機進行正常的運行。

2.2 S120變頻器的調(diào)試軟件

S120變頻器的調(diào)試軟件主要選用的是starter測試軟件，該軟件的主要應用特點是圖形可視化，可通過圖形曲線的變化，快速查找設備參數(shù)，以供進一步修改。該軟件主要包括三種安裝方式：獨立安裝、集成于Scout軟件和DriveES軟件中的安裝。針對不同系列的安裝器可選擇不同的安裝方式。

3 S120變頻器的應用評價

在某鋼廠線材生產(chǎn)線中之前所使用的6SE70裝置相比，S120變頻器裝置應用方便。該裝置的一大應用特點是需對裝置進行系統(tǒng)的配置，該型號的變頻器依據(jù)設計思路的不同，可滿足僅僅使用1個控制器完成對多個功率模塊間的控制。在最初的調(diào)試開始時，配置不同被控制對象，并根據(jù)控制對象的不同可將傳動裝置分割成為不同的幾個小的組成系統(tǒng)部分。圖1為總結(jié)的S120的控制器配置步驟，并且根據(jù)現(xiàn)場應用結(jié)果分析表明，該S120變頻器滿足線材生產(chǎn)線中的應用要求。

圖1 S120的控制器配置步驟

4 結(jié)語

通過對S120變頻器在線材生產(chǎn)中的運行應用、所需的軟件調(diào)試以及該變頻器的應用效果評價，表明該型號變頻器在運行前需完成相對應的系統(tǒng)配置，并具有模塊化設計特點。除此之外，該S120變頻器配備有圖形可視化的測試軟件，使整個運行過程更加便捷、智能化，符合現(xiàn)代線材生產(chǎn)線中的應用要求。