1 引言
寶鋼2050熱軋廠的30＃行車主卷系統(tǒng)使用兩臺120kw的繞線式電動機，兩臺電機靠硬軸連接，再經(jīng)過一個減速齒輪箱驅(qū)動鋼絲繩卷筒。調(diào)速方式未轉(zhuǎn)子切電阻的方式，2～4檔電阻之間的切換靠延時繼電器控制，減速時直接切斷定子電源并且制動器合閘。該系統(tǒng)存在下列缺點:
(1) 沖擊電流大(啟動和換檔時達到3～4額定電流);
(2) 兩臺電動機之間無同步控制;
(3) 制動器高速合閘。
由此導(dǎo)致了主卷系統(tǒng)速度沖擊大，重載運行時行車大梁上下劇烈晃動;制動器始終是高速合閘，需要經(jīng)常檢查閘皮磨損情況，平均工作10天就需要更換一次閘皮，重載下降時經(jīng)常損壞鋼卷。因此，在2003年11月年修期間改造主卷控制系統(tǒng)，新系統(tǒng)使用轉(zhuǎn)子切電阻配合定子調(diào)壓的調(diào)速方式，驅(qū)動控制器采用西門子公司的6sg70系列simotras hd控制器。
2 6sg70系統(tǒng)簡介
西門子公司的6sg70系列simotras hd是應(yīng)用于三相繞線式異步電機的高性能全數(shù)字傳動控制器，最高可驅(qū)動580kw的電動機。simotras hd采用轉(zhuǎn)子切電阻配合定子調(diào)壓的調(diào)速方式，實現(xiàn)無級調(diào)速。控制器本體內(nèi)有5組晶閘管用于實現(xiàn)電機定子電源正反轉(zhuǎn)相序的軟切換。可運用于起重機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、俯仰機構(gòu)、臺車運行機構(gòu)和其它平移機構(gòu)。該控制器有下列優(yōu)點:
(1) 可作為提高原有系統(tǒng)效率的傳動改造方案，在改造中原有的器件，如電機、電阻和電纜等，均可繼續(xù)使用;
(2) 對于新系統(tǒng)，也是個非常經(jīng)濟的方案;
(3) 控制器已經(jīng)整合了主要的控制功能，外部控制回路非常簡單;
(4) 控制器采用了快速連接技術(shù)，用戶可自由開發(fā)控制功能，縮短安裝和調(diào)試時間;
(5) 精確利用繞線式電機的機械特性并達到很高的控制品質(zhì)。運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，可有效減少設(shè)備磨損。
3 系統(tǒng)介紹
3.1 系統(tǒng)組成
新系統(tǒng)保留原機械結(jié)構(gòu)和電動機，調(diào)速方式為轉(zhuǎn)子切電阻配合定子調(diào)壓?？刂撇糠钟蓛膳_simotras hd控制器各驅(qū)動一臺電動機，并組成主-從控制系統(tǒng);電動機轉(zhuǎn)子側(cè)有5級電阻4個接觸器。
3.2 轉(zhuǎn)子電阻的控制與計算
切電阻的指令由主控制器根據(jù)檢測到的電動機實際速度發(fā)出，兩臺電動機的轉(zhuǎn)子電阻同步切換，1～4檔分別設(shè)定在電動機轉(zhuǎn)速為1%、50%、75%和90%時切換。
電機各級轉(zhuǎn)子電阻的計算如下:
電機的參數(shù)為pn=120kw、i2n=235a、u2n=305v，轉(zhuǎn)子電阻系數(shù)k=u2n/1.732i2n=0.75。
全電阻為2×k=1.5ω，第1級0.5×k=0.375ω，第2級0.25×k=0.187ω，第3級0.1×k=0.075ω，第4級0.05×k=0.0375ω。
使用上述電阻值和切換點后，可使系統(tǒng)在運行過程(起動和轉(zhuǎn)子電阻切換時)中的最大電流始終限制在2倍的電動機額定電流內(nèi)。
3.3 控制方式的選擇
對于兩臺電機驅(qū)動同一機構(gòu)的控制方式主要有如下三種:
方案1:一臺控制器驅(qū)動兩臺電動機;
方案2:兩臺控制器驅(qū)動兩臺電動機，每臺控制器單獨控制一臺電動機;
方案3:兩臺控制器驅(qū)動兩臺電動機，兩臺控制器之間組成主-從控制模式。
各種控制方式的優(yōu)劣見附表:
附表 各種控制方式的比較
由于機構(gòu)中兩臺電動機由硬軸連接即速度同步，并且兩臺電動機的機械特性不可能完全相同，所以即使兩臺電動機定子電壓完全相同的情況下它們的實際電流也不會相同，即負荷不平衡。在負荷不平衡的情況下運行會顯著降低設(shè)備的使用壽命，嚴重時還會損毀電動機。該行車的功能在廠房中無其它行車可替代，因此當一臺控制器或電動機損壞后，依靠另一臺電動機短時運行的功能也是必要的。
綜上所述，新系統(tǒng)的控制方式選定為方案3。
3.4 主-從控制的實現(xiàn)
主機在調(diào)試時按照一般單電機時的設(shè)置，從機設(shè)置成無速度調(diào)節(jié)器的電流閉環(huán)方式。主、從控制器的電流給定均來自主機的速度調(diào)節(jié)器的輸出，也就保證了兩臺電機的電流完全相同，即負荷平衡。本系統(tǒng)在實現(xiàn)該功能時，將從機的p084=2(電流閉環(huán)模式)，p687=1(從機模式)。并且兩臺電機切電阻的指令均由主機發(fā)出。
3.5 通信
實現(xiàn)主從控制的前提是兩臺控制器之間能夠交換信息。串行通訊具有實現(xiàn)成本低，雙向通信的優(yōu)點。在本系統(tǒng)中兩臺控制器之間的通信由控制器的x172串行通信口完成。主機將控制字和電流給定傳送給從機以實現(xiàn)主－從控制，從機將狀態(tài)字傳送給主機用于實現(xiàn)報警和統(tǒng)一控制。接上通信線后在主機中配置參數(shù):
p790=5 選擇點對點通信協(xié)議;
p797=0.01 通信監(jiān)視時間;
p793=6 選擇通信速率9600bps;
p791=2 需要發(fā)送的字數(shù)。
然后在從機中配置參數(shù):
p790=5 選擇點對點通信協(xié)議;
p797=0.01 通信監(jiān)視時間;
p793=6 選擇通信速率9600bps;
p791=2 需要發(fā)送的字數(shù)。
最后將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入主機的p794參數(shù)中，p794.1=k0030(控制字)，p794.2=k148(電流給定)。這樣就完成了兩臺控制器之間的通信配置，同時也完成了主機對從機的控制。
3.6 應(yīng)急功能
為了減少設(shè)備發(fā)生故障后對生產(chǎn)的影響，新系統(tǒng)中有應(yīng)急功能。當發(fā)生下述兩種情況時，該功能可使行車能夠短時運行。
主控制器部分功能損壞，但仍能夠驅(qū)動電動機。每臺控制器設(shè)置了兩組參數(shù)，通過切換，任意一臺控制器都可以作為主控制器，保證行車正常運行。
一臺控制器或一臺電動機完全損壞。依靠一臺控制器和電動機，行車能夠短時輕載運行。
3.7 制動器控制
附圖 系統(tǒng)正常減速停車的時序圖
為了解決原系統(tǒng)高速合閘帶來的問題，新系統(tǒng)改為低速合閘。系統(tǒng)正常減速停車(即運轉(zhuǎn)指令回“零”后)的時序圖如附圖所示。
運轉(zhuǎn)指令回“零”后控制系統(tǒng)按如下順序執(zhí)行:
斜坡發(fā)生器的輸入為“0”，即斜坡發(fā)生器輸出開始下降;
當實際速度降到n(min)(p370設(shè)定)時，取消“制動器釋放”信號;
再經(jīng)過一段延遲時間(p088設(shè)定)后，封鎖控制器和脈沖;
采用上述制動器控制方案后，成功解決了原系統(tǒng)高速抱閘帶來的閘皮快速磨損現(xiàn)象。
4 結(jié)束語
本系統(tǒng)投入使用后設(shè)備運行平穩(wěn)，消除了老系統(tǒng)存在的沖擊大、電動機不同步和高速合閘的缺點，明顯提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)實測最大電流為2in，并且主－從兩臺電機的電流完全相同。
西門子simotras hd控制器非常適合在老系統(tǒng)改造中應(yīng)用，改造后的系統(tǒng)具有運行平穩(wěn)，動作可靠和保護完善的特點。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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