【中國傳動網(wǎng) 新品新聞】 《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《中國制造2025規(guī)劃綱要》和《國家重大技術(shù)裝備》都正式提出了加快推進(jìn)高端技術(shù)裝備發(fā)展，加速高端裝備國產(chǎn)化進(jìn)程。作為高端裝備的動力來源，高性能變頻器是高端裝備不可或缺的核心部分，已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略的高度。由國家發(fā)展改革委牽頭，科技部、工業(yè)和信息化部、司法部、財(cái)政部、國資委、知識產(chǎn)權(quán)局等共同推動的《重大技術(shù)裝備30年之大型冶金成套設(shè)備》和《重大技術(shù)裝備30年之電子專用設(shè)備》，將電力電子和高端冶金裝備相結(jié)合，從多角度、多方面推進(jìn)高端裝備、高性能變頻器的國產(chǎn)化發(fā)展。

CERI高性能變頻器是由中冶京誠工程技術(shù)有限公司旗下北京京誠瑞達(dá)電氣工程技術(shù)有限公司研發(fā)的一款高性能變頻器，具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)，適用于高動態(tài)性能、高精度、高可靠性、大沖擊性負(fù)載等復(fù)雜工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，打破了國外進(jìn)口變頻器的技術(shù)壟斷，在中厚板和棒線材生產(chǎn)線、飛剪、轉(zhuǎn)爐等國產(chǎn)高端冶金裝備得到應(yīng)用，總計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到200MW。

CERI高性能變頻器攻克了矢量控制、多機(jī)并聯(lián)、電機(jī)參數(shù)自動辨識、模型參數(shù)自整定、非線性補(bǔ)償、負(fù)荷觀測器、實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、快速數(shù)據(jù)采集分析技術(shù)等多項(xiàng)難題，共計(jì)獲得4項(xiàng)發(fā)明專利，2項(xiàng)實(shí)用新型專利，6項(xiàng)軟件著作權(quán)，發(fā)表國內(nèi)外學(xué)術(shù)論文5篇，獲得省部級優(yōu)秀論文一等獎，被國內(nèi)核心期刊、EI、IEEE收錄，通過國際TüV的2項(xiàng)認(rèn)證和CCS中國船級社認(rèn)證，經(jīng)中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會鑒定處于國際先進(jìn)水平。

2008年立項(xiàng)研發(fā)至今，CERI高性能變頻器已形成了全系列整流、逆變模塊化產(chǎn)品，包括晶閘管整流器、IGBT整流器、變頻器、逆變器，滿足各類應(yīng)用場合靈活多變的需求。變頻器功率：4~3000kW，電壓等級：AC400V和AC690V；整流器最大功率可達(dá)6030kW。

國內(nèi)首創(chuàng)X86CPU變頻控制器引領(lǐng)發(fā)展趨勢

使用X86CPU作為低壓變頻器的核心控制器，實(shí)現(xiàn)了高性能變頻器的硬件平臺控制方案，CPU模塊采用COMExpress工業(yè)級處理器，主頻達(dá)到1.6GHz，集成了Profibus總線、PCI總線、SPI總線、高速光纖以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將FPGA、DSP、ARM等多系列CPU進(jìn)行有機(jī)統(tǒng)一。采用便攜式CF卡，裝載軟件平臺程序和應(yīng)用程序，整流和逆變的控制器硬件完全統(tǒng)一。整個(gè)硬件系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、對外接口豐富、易于擴(kuò)展、通用性好，代表了未來控制平臺技術(shù)的發(fā)展趨勢。（如圖1）

開發(fā)了基于RT-Linux實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的軟件控制平臺，RT-Linux是完全開源的操作系統(tǒng)，保證了所有軟件的自主可控性，實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度機(jī)制，使得控制任務(wù)可以自由分配，大大減小了CPU的負(fù)荷率。變頻器應(yīng)用軟件按實(shí)時(shí)性和功能劃分任務(wù)，使得電流、轉(zhuǎn)矩、速度、磁通等被控量的快速性得到嚴(yán)格保證，最小控制周期可以縮短為100μs，可用于快速響應(yīng)的伺服控制。

圖1變頻器核心技術(shù)

通過在變頻器控制器中建立“交流異步電動機(jī)”數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了變頻器的實(shí)時(shí)仿真功能，協(xié)助用戶完成系統(tǒng)仿真或培訓(xùn)工作。通過負(fù)荷觀測器功能，使得軋鋼機(jī)等需要快速動態(tài)響應(yīng)的設(shè)備，能夠獲得較好的抗負(fù)載擾動性能。采用變頻器的自由編程功能，實(shí)現(xiàn)了用戶自定義功能的開發(fā)，以適應(yīng)各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用需求。

模塊化功率單元優(yōu)化備件、減少庫存

變頻器功率單元采用層疊母線式結(jié)構(gòu)，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，整機(jī)可以離線狀態(tài)維修，減小了由于設(shè)備故障引起的生產(chǎn)線停機(jī)時(shí)間；采用底吹離心渦輪風(fēng)機(jī)，鋁板或銅板散熱器，冷卻效率高，噪音??；通過功率單元并聯(lián)，變頻器最大容量達(dá)4800KW，故障情況下可以實(shí)現(xiàn)減容運(yùn)行，同時(shí)減少了備件種類，便于維護(hù)。

中冶京誠研發(fā)了晶閘管整流器和IGBT整流器并聯(lián)運(yùn)行不均流的控制方法。通過主回路進(jìn)線電抗器的優(yōu)化配置和IGBT整流器自適應(yīng)模式的運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)二者不均流并聯(lián)運(yùn)行。采用這種技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大容量晶閘管整流器和小容量IGBT整流器在整流狀態(tài)的不均流運(yùn)行，增強(qiáng)了系統(tǒng)配置的靈活性，降低了傳動系統(tǒng)的一次性投資。

高速以太網(wǎng)及多變頻器對等通訊提升高端裝備核心能力

基于光纖以太網(wǎng)的變頻器功率單元通訊技術(shù)（如圖2），中冶京誠自主開發(fā)了軟件通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了變頻器并聯(lián)功率單元高精度時(shí)鐘同步、IGBT同步觸發(fā)、大數(shù)據(jù)量高速傳輸?shù)墓δ?。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)最快通信周期100μs，可同時(shí)驅(qū)動8個(gè)功率單元，各功率單元的同步觸發(fā)脈沖偏差時(shí)間小于150ns。

圖2變頻器柔性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于POWERLINK實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)，中冶京誠研發(fā)了變頻器專用通訊主站和從站的軟、硬件產(chǎn)品，可構(gòu)成星形或總線型網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多套變頻器之間對等通訊。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)8個(gè)變頻器從站之間自由交叉通訊，每個(gè)站可同時(shí)接收和發(fā)送16個(gè)WORD數(shù)據(jù)，最小通訊周期小于1ms，適用于多套變頻器之間的主從控制和負(fù)荷平衡控制，應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐多電機(jī)同步傾動、中厚板雙邊剪電氣同步控制等領(lǐng)域。

記錄高端裝備全生命周期的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)

中冶京誠研發(fā)出變頻器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄方法，在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)硬件配置的基礎(chǔ)上，完全自主開發(fā)了核心軟件算法，實(shí)現(xiàn)變頻器32個(gè)通道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按照1ms采樣間隔連續(xù)記錄，并進(jìn)行曲線分析，該方法超越了國外同類產(chǎn)品的性能指標(biāo)。

以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，將變頻器故障前后2秒鐘的100個(gè)關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)以1ms的采樣間隔存儲成文件，形成變頻器黑匣子故障記錄文件，將此文件采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)打包后上傳進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。一臺控制器可存儲最新的10次故障歷史記錄，可按故障發(fā)生時(shí)間索引，協(xié)助用戶實(shí)現(xiàn)故障分析。

突破距離限制，遠(yuǎn)程服務(wù)高端裝備

任何時(shí)間、地點(diǎn)都可通過互聯(lián)網(wǎng)和VPN技術(shù)連接到遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)器，可以對變頻器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷；為用戶提供細(xì)致、周到的產(chǎn)品服務(wù)，提高對用戶需求的響應(yīng)速度，降低維護(hù)人員的技術(shù)門檻，提高技術(shù)人員的工作效率。

作為高新技術(shù)企業(yè)的核心自主產(chǎn)品，CERI高性能變頻器成功替代國外進(jìn)口產(chǎn)品，應(yīng)用于寶鋼、河鋼、天鋼、珠?；浽ＸS、福建三鋼、湘潭鋼鐵、新?lián)徜?、九江萍鋼?0余用戶的生產(chǎn)線，工程覆蓋了軋鋼、煉鋼、公輔等多個(gè)大型、高端冶金生產(chǎn)工藝，一舉打破了國外技術(shù)壟斷，為民族高端裝備制造業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。作為國產(chǎn)高端裝備的典范和示范推廣產(chǎn)品，CERI高性能變頻器已成功推廣到冶金、市政、科研等多個(gè)行業(yè)，研發(fā)單位被中國設(shè)備管理協(xié)會評為“國產(chǎn)化設(shè)備用戶滿意單位”。（圖3和圖4）

圖3典型變頻器控制柜

圖4變頻器工程應(yīng)用現(xiàn)場