變頻器在厚板廠精整設備驅動中的應用介紹(2)
準Masterdrives系統是電壓源變頻器,帶公共直流母線,當電能需要回饋到電網時,在直流母線和電網又連接有再生回饋裝置,整流變壓器向一個或多個整流回饋單元供電。公用直流母線供電方式對節約尤其節能方面有突出效果:首先避免了每臺電動機的變頻器都必須設置整流單元,節省了投資;其次多電動機傳動中每臺單機的再生能量能夠相互利用,而且發電功率大于電動功率時,制動引起的再生能量可以用公用的回饋單元將電能回饋電網,節約了能源。
Masterdrives逆變單元采用IGBT作為開關器件的電壓型三相橋式逆變電路,為了能夠達到輸出的額定電壓,則需通過對IGBT進行控制調壓,當負載電壓和電流反向,負載電感中貯藏的能量向直流側反饋,即負載電感將其吸收的無功能量反饋回直流側。其控制部分為CUVC板,主要控制逆變電路的電流環、速度環,使電動機在理想狀態下運行,實現網絡通訊、監視、跟蹤等方面的控制。連接CUVC板的底板有6個插槽,分別可以連接附件板,諸如:工藝板T400、T300和T100,通訊板CBP和SLB,本機串行口SST1和SST2,擴展板I/O接口EB1和EB2。通過連接附加功能板,可以進行同步控制、串行通訊控制、網絡通訊控制、測速機閉環控制。
對有調速要求的輔傳動系統,采用全數字電壓源型IGBT交—直—交變頻調速系統。大多數采用集中公共整流加獨立逆變器的方案,將調速電機分成若干供電組,每組由一個整流回饋單元向公共直流母線供電,公共直流母線上可以連接4-15個IGBT逆變器,逆變器向電機提供變頻電源。其中,逆變器和電動機一對一供電傳動系統采用矢量控制方式,多電機共用逆變器的傳動系統采用調頻調壓控制方式。
3 雙CBP2板在熱處理冗余系統中的應用
寶鋼厚板廠一期熱處理線包括一條拋丸線、入爐輥道、對中裝置、氮氣保護無氧化加熱的連續式輥底式熱處理爐、輥壓式淬火機、出爐輥道和熱處理冷床等,可以實現正火、淬火、回火和調質工藝,完成熱處理后,經冷矯直機、噴印機后送入成品庫。其產品可以用于橋梁、船板、壓力容器、結構用鋼和工具鋼等。
熱處理爐由109根單獨傳動的爐輥驅動,爐內速度0.25-20m/min,出爐輥道速度0.25-40m/min,可實現擺動式加熱或保溫;采用氮氣保護氣氛,268個自換熱、輻射管式燒嘴高效節能,采用ON/OFF循環脈沖控制方式,確保加熱溫度受控、性能均勻;上下分10個控制區域實施溫度控制。
熱處理爐工作溫度可達950℃,如果在工作狀態中停爐,勢必將導致爐輥損傷和鋼板報廢。所以在設計時,充分考慮了熱處理線運行的穩定性、可靠性,從控制系統的冗余、供電母排聯接結構、低壓開關自動切換、UPS和柴油發電機的配合使用等。
厚板廠熱處理線使用6個SIEMENS CPU414-H PLC實現AC、BC和QC控制;采用的是熱冗余方式,可以在PLC主體故障時,無間隙的進行主從自動切換。對于PLC來講,在每個UR1上增加2只H同步子模塊,通過適當的光纖連接組網,這樣連接起來的PLC可以信息交換和相互檢測。在完成硬件組態后,不再需要軟件方面額外的程序編制,SIEMENS對此都有標準的模塊。
對于傳動裝置要與這樣的冗余控制系統相匹配,可以采用Y-bbbb模式或雙CBP2模式。兩種模式的主要差別在于CBP2的使用上:前者使用單獨的CBP2,如果出現故障,則冗余系統無法發揮作用;后者在設計上考慮了傳動的通訊配置,只要有一塊CBP2正常工作,系統就能正常工作。考慮到熱處理爐動力主要來自109只爐輥,控制爐輥的傳動應該盡可能可靠.從這種觀點出發,雙通訊卡模式性能更可靠。在設計時,寶鋼選用了雙CBP2通訊模塊,配合RS-485中繼器,完成了傳動通訊的冗余控制,如圖3所示。
佳工機電網
圖3 雙CBP2模式實現傳動通訊冗余
4 其它電機驅動應用
對于生產線上成組傳動的輥道電機,大多數為多電機共用逆變器的傳動系統。每組輥道電機配置有一個輥道開關箱,全生產線大約有200個輥道開關箱,由于變頻裝置要求連接到傳動電動機的電纜不宜過長,所以輥道開關箱的位置要盡量靠近輥道電機,以減少逆變器到輥道電機電纜的總長度,提高系統運行的可靠性。由于全線輥道開關箱位置分散,每組開關箱內開關的開閉狀態要通過遠程I/O站輸入PLC,每臺開關箱內設置電動機絕緣檢測裝置。
對于公用直流母線上逆變器所帶的多電機組,為了保證隔離,通過使用直流回路的電氣耦合單元,使逆變器從直流母線上接入或斷開。這就保證了當一臺電動機或者一組電動機出現故障時能夠單獨將其從公用直流母線上斷開,進行單獨的檢修,而不會影響整個系統和生產的正常秩序。
無調速要求的一般傳動系統如潤滑及液壓站,除磷泵站等設施的傳動系統,250kW以上采用6kV供電,250kW及以下采用380V供電。厚板生產線設備上的液壓站、潤滑站即剪切精整設備低壓恒速電動機由MCC傳動,每組MCC配置有遠程I/O站,通過PLC實現了遠程監控。
5 結束語
厚板的精整比冷軋、熱軋的傳統工藝更復雜、種類更多,目前的精整區域占寶鋼厚板廠的2/3以上。而SIEMENS SIMOVERT-Masterdrives變頻器功能強大、控制精度高、性能靈活,帶上附加控制板,甚至可以實現PID-調節、自動再起動、捕捉再起動、Vdmax-調節器、直接抱閘控制、直接能耗制動等功能,非常適合現代化冶金工業企業的綜合應用。
Masterdrives逆變單元采用IGBT作為開關器件的電壓型三相橋式逆變電路,為了能夠達到輸出的額定電壓,則需通過對IGBT進行控制調壓,當負載電壓和電流反向,負載電感中貯藏的能量向直流側反饋,即負載電感將其吸收的無功能量反饋回直流側。其控制部分為CUVC板,主要控制逆變電路的電流環、速度環,使電動機在理想狀態下運行,實現網絡通訊、監視、跟蹤等方面的控制。連接CUVC板的底板有6個插槽,分別可以連接附件板,諸如:工藝板T400、T300和T100,通訊板CBP和SLB,本機串行口SST1和SST2,擴展板I/O接口EB1和EB2。通過連接附加功能板,可以進行同步控制、串行通訊控制、網絡通訊控制、測速機閉環控制。
對有調速要求的輔傳動系統,采用全數字電壓源型IGBT交—直—交變頻調速系統。大多數采用集中公共整流加獨立逆變器的方案,將調速電機分成若干供電組,每組由一個整流回饋單元向公共直流母線供電,公共直流母線上可以連接4-15個IGBT逆變器,逆變器向電機提供變頻電源。其中,逆變器和電動機一對一供電傳動系統采用矢量控制方式,多電機共用逆變器的傳動系統采用調頻調壓控制方式。
3 雙CBP2板在熱處理冗余系統中的應用
寶鋼厚板廠一期熱處理線包括一條拋丸線、入爐輥道、對中裝置、氮氣保護無氧化加熱的連續式輥底式熱處理爐、輥壓式淬火機、出爐輥道和熱處理冷床等,可以實現正火、淬火、回火和調質工藝,完成熱處理后,經冷矯直機、噴印機后送入成品庫。其產品可以用于橋梁、船板、壓力容器、結構用鋼和工具鋼等。
熱處理爐由109根單獨傳動的爐輥驅動,爐內速度0.25-20m/min,出爐輥道速度0.25-40m/min,可實現擺動式加熱或保溫;采用氮氣保護氣氛,268個自換熱、輻射管式燒嘴高效節能,采用ON/OFF循環脈沖控制方式,確保加熱溫度受控、性能均勻;上下分10個控制區域實施溫度控制。
熱處理爐工作溫度可達950℃,如果在工作狀態中停爐,勢必將導致爐輥損傷和鋼板報廢。所以在設計時,充分考慮了熱處理線運行的穩定性、可靠性,從控制系統的冗余、供電母排聯接結構、低壓開關自動切換、UPS和柴油發電機的配合使用等。
厚板廠熱處理線使用6個SIEMENS CPU414-H PLC實現AC、BC和QC控制;采用的是熱冗余方式,可以在PLC主體故障時,無間隙的進行主從自動切換。對于PLC來講,在每個UR1上增加2只H同步子模塊,通過適當的光纖連接組網,這樣連接起來的PLC可以信息交換和相互檢測。在完成硬件組態后,不再需要軟件方面額外的程序編制,SIEMENS對此都有標準的模塊。
對于傳動裝置要與這樣的冗余控制系統相匹配,可以采用Y-bbbb模式或雙CBP2模式。兩種模式的主要差別在于CBP2的使用上:前者使用單獨的CBP2,如果出現故障,則冗余系統無法發揮作用;后者在設計上考慮了傳動的通訊配置,只要有一塊CBP2正常工作,系統就能正常工作。考慮到熱處理爐動力主要來自109只爐輥,控制爐輥的傳動應該盡可能可靠.從這種觀點出發,雙通訊卡模式性能更可靠。在設計時,寶鋼選用了雙CBP2通訊模塊,配合RS-485中繼器,完成了傳動通訊的冗余控制,如圖3所示。
佳工機電網
圖3 雙CBP2模式實現傳動通訊冗余
4 其它電機驅動應用
對于生產線上成組傳動的輥道電機,大多數為多電機共用逆變器的傳動系統。每組輥道電機配置有一個輥道開關箱,全生產線大約有200個輥道開關箱,由于變頻裝置要求連接到傳動電動機的電纜不宜過長,所以輥道開關箱的位置要盡量靠近輥道電機,以減少逆變器到輥道電機電纜的總長度,提高系統運行的可靠性。由于全線輥道開關箱位置分散,每組開關箱內開關的開閉狀態要通過遠程I/O站輸入PLC,每臺開關箱內設置電動機絕緣檢測裝置。
對于公用直流母線上逆變器所帶的多電機組,為了保證隔離,通過使用直流回路的電氣耦合單元,使逆變器從直流母線上接入或斷開。這就保證了當一臺電動機或者一組電動機出現故障時能夠單獨將其從公用直流母線上斷開,進行單獨的檢修,而不會影響整個系統和生產的正常秩序。
無調速要求的一般傳動系統如潤滑及液壓站,除磷泵站等設施的傳動系統,250kW以上采用6kV供電,250kW及以下采用380V供電。厚板生產線設備上的液壓站、潤滑站即剪切精整設備低壓恒速電動機由MCC傳動,每組MCC配置有遠程I/O站,通過PLC實現了遠程監控。
5 結束語
厚板的精整比冷軋、熱軋的傳統工藝更復雜、種類更多,目前的精整區域占寶鋼厚板廠的2/3以上。而SIEMENS SIMOVERT-Masterdrives變頻器功能強大、控制精度高、性能靈活,帶上附加控制板,甚至可以實現PID-調節、自動再起動、捕捉再起動、Vdmax-調節器、直接抱閘控制、直接能耗制動等功能,非常適合現代化冶金工業企業的綜合應用。
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