摘 要:本文介紹了ABB公司的最新的ACS800多傳動直接轉(zhuǎn)矩(DTC)控制系統(tǒng)的組成及其在厚帶縱剪機(jī)列上的應(yīng)用。簡介了縱剪各個(gè)設(shè)備的作用以及工藝要求,還有在這個(gè)工藝要求下多傳動系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定。此外,本文還描述了整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)的框圖,以供大家學(xué)習(xí)和交流。
關(guān)鍵字:ACS800 多傳動 縱剪 DTC PROFIBUS
1 簡介縱剪的作用和設(shè)備的主要工藝要求
縱剪機(jī)列完成鋁卷材的開卷、分條和鋁帶的卷取工作。根據(jù)不同的來料長度和厚度來控制開卷和卷取的張力,保證張力穩(wěn)定,同時(shí)保證開卷和卷取的速度匹配。本設(shè)備來料厚度為0.3-2.0mm,速度范圍0-300m/min,開卷張力范圍0~15N/mm︿2,卷取張力范圍0~20N/mm︿2。
2 ACS800的原理組成以及在縱剪機(jī)列的應(yīng)用
ACS800系列多傳動系統(tǒng)是ABB公司最新的交流傳動系統(tǒng),它采用當(dāng)今最先進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC),以轉(zhuǎn)矩為控制終端對象,這樣對交流機(jī)的張力控制精度進(jìn)一步提高。一般的我們說的矢量控制方式是以轉(zhuǎn)子磁鏈為控制對象,控制相對較為復(fù)雜,且易受轉(zhuǎn)子模型隨溫度變化變化的干擾。直接轉(zhuǎn)矩控制(Direct Torque Control——DTC),以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行綜合控制,不僅控制轉(zhuǎn)矩,也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的區(qū)別是,它不是通過控制電流、磁鏈等量間接控制轉(zhuǎn)矩,而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量控制,其實(shí)質(zhì)是用空間矢量的分析方法,以定子磁場定向方式,對定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制的。這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換,而是直接在電機(jī)定子坐標(biāo)上計(jì)算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小,并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動態(tài)性能。
直接轉(zhuǎn)矩控制的特征是控制定子磁鏈,是直接在定子靜止坐標(biāo)系下,以空間矢量概念,通過檢測到的定子電壓、電流,直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制電動機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩,獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它不需要將交流電動機(jī)化成等效直流電動機(jī),因而省去了矢量變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它也不需要模仿直流電動機(jī)的控制,從而也不需要為解耦而簡化交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型;而只需關(guān)心電磁轉(zhuǎn)矩的大小,因此控制上對除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好,所引入的定子磁鏈觀測器能很容易得到磁鏈模型,并方便地估算出同步速度信息,同時(shí)也很容易得到轉(zhuǎn)矩模型,磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型就構(gòu)成了完整的電動機(jī)模型,因而能方便地實(shí)現(xiàn)無速度傳感器控制,如果在系統(tǒng)中再設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,即可進(jìn)一步得到高性能動態(tài)轉(zhuǎn)矩控制了
ACS800系列多傳動采用世界領(lǐng)先的DTC(直接轉(zhuǎn)矩控制)技術(shù),使普通異步電動機(jī)達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速精度(0.01%),轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度(<5ms),200%的啟動轉(zhuǎn)矩以及極大的調(diào)速范圍(1:1000以上).
ACS800系列多傳動系統(tǒng)組成包括:
· 二極管供電單元 它將三相交流電整流為直流電源向傳動設(shè)備的中間直流電路供電,進(jìn) 而向驅(qū)動電機(jī)的逆變器供電。電壓范圍:DC520V~700V。
· 制動斬波單元 它與制動電阻配合,用于消耗再生制動中產(chǎn)生的能量,保證中間直流回路電壓保持在安全的范圍內(nèi)。
· ACS800逆變模塊 電機(jī)速度轉(zhuǎn)矩控制的核心,它采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式(DTC)工作。
縱剪中ABB逆變器設(shè)備:
· 開卷機(jī) 主要用于鋁卷材的開卷,并保證足夠的張力,讓鋁片能夠穩(wěn)定的切條。
· 夾送輥 主要是用來展平鋁卷,并與開卷形成一定張力,對料起到夾送的作用。
· 縱剪機(jī) 對鋁板按照工藝要求進(jìn)行縱向切條,同時(shí)也與開卷形成張力,滿足對切 條工藝要求。
· 張力輥 與卷取機(jī)形成張力,保證卷取卷入鋁條不產(chǎn)生松帶現(xiàn)象。
· 卷取機(jī) 對切條的鋁板進(jìn)行卷取,并保證鋁卷的垂直面一致,這就要求卷取機(jī)與張力輥之間保持非常穩(wěn)定的張力。
在厚帶縱剪機(jī)列中ACS800主要完成各主電機(jī)的張力和速度的精確控制。下面是整個(gè)機(jī)列的供電框圖:
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圖一:系統(tǒng)供電框圖[/align]
其中:
第一路進(jìn)線供電給交流調(diào)速系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)電源經(jīng)過二極管整流單元后,電源經(jīng)直流母線提供給掛在母線上的整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中的ABB逆變器。由逆變器對各交流調(diào)速電機(jī)進(jìn)行張力和速度的控制。
第二路進(jìn)線供電給系統(tǒng)中不需要調(diào)速的交流電機(jī)和輔助設(shè)備變頻器以及系統(tǒng)操作回路(含PLC系統(tǒng)),該路經(jīng)斷路器、隔離變壓器后,通過不同回路的保護(hù)開關(guān)供給提供給操作電源、液壓回路、輔助設(shè)備控制電源等。上位觸摸式板式電腦電源通過UPS不間斷電源。
3 縱剪機(jī)列PLC通訊系統(tǒng)的組成
機(jī)列的通訊為PROFIBUS-DP通訊協(xié)議,其主站為西門子PLC CPU 315-2DP、子站包括主操作臺IM-153-1西門子遙站、副操作臺IM-153-1西門子遙站、西門子板式電腦等。ABB ACS800逆變器通過DP通訊選件RTAC-01作為通訊子站。DP通訊系統(tǒng)主要完成機(jī)列速度設(shè)定,各設(shè)備張力設(shè)定,實(shí)際值讀取,以及基于以上功能進(jìn)行的與子站和逆變器的通訊等。
具體框圖如下:
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圖二:通訊結(jié)構(gòu)框圖[/align]
4 逆變器設(shè)備速度和張力的給定方式
逆變器的速度和張力通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)給定,速度給定范圍為-20000~20000,張力范圍-10000~10000。在速度給定下,20000代表最大角速度。在張力給定下,10000代表電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。根據(jù)速度和張力的大小和方向的不同,將給定值線性對照在-20000~20000和-10000~10000范圍內(nèi)。張力控制和速度控制的切換是通過以下方式完成的:變頻器的轉(zhuǎn)矩給定有兩個(gè)主要的給定源,一個(gè)是速度控制器輸出的給定,另一個(gè)是直接轉(zhuǎn)矩(張力)給定。我們在應(yīng)用當(dāng)中,這兩種方式有一個(gè)選擇比較輸出項(xiàng)TORQUE SELECTOR(P26.01),它有4個(gè)選項(xiàng):兩者最大值輸出、兩者最小值輸出、速度輸出,轉(zhuǎn)矩輸出。在這里我們選擇最大、最小值選項(xiàng)。這樣,我們就可以根據(jù)工況靈活的通過速度和轉(zhuǎn)矩給定值進(jìn)行方式的切換。例如:選最大值(MAX)模式,當(dāng)要進(jìn)行速度向轉(zhuǎn)矩切換的時(shí)候,將速度給定設(shè)為-20000。這時(shí),控制器就會按照直接轉(zhuǎn)矩給定值,切換到張力控制。
根據(jù)縱剪的工藝要求,它有兩種工況:一個(gè)是有活套方式,在這個(gè)方式下,在張力輥和縱剪機(jī)之間有一個(gè)活套坑,鋁條下到坑里一定位置,因此縱剪機(jī)與張力輥之間沒有張力產(chǎn)生,兩設(shè)備速度保持一致。在這種情況下,對設(shè)備的工藝要求和主要參數(shù)如下:
1.開卷機(jī) 速度控制(P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
2.夾送輥 張力控制(P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
3.縱剪機(jī) 張力控制(P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
4.張力機(jī) 張力控制(P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
5.卷取機(jī) 速度控制(P26.01=SPEED、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
另一個(gè)是無活套方式,在這個(gè)方式下,在張力輥和縱剪機(jī)之間有張力產(chǎn)生,兩設(shè)備速度保持一致。在這種情況下,對設(shè)備的工藝要求是:
1.開卷機(jī) 張力控制(P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
2.夾送輥 張力控制(P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
3.縱剪機(jī) 張力控制(P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
4.張力機(jī) 張力控制(P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
5.卷取機(jī) 速度控制(P26.01=SPEED、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2)
5 結(jié)束語
本文旨在對ABB800多傳動系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用做一個(gè)簡要的介紹。本次的厚帶縱剪機(jī)列首次采用ABB800多傳動控制的交流機(jī)系統(tǒng),以前的系統(tǒng)都是采用直流調(diào)速控制方式,因?yàn)闄C(jī)列需要非常嚴(yán)格的速度和張力精度值,ABB800多傳動系統(tǒng)很好的完成了這個(gè)任務(wù)。本機(jī)組于2007年7月調(diào)試完畢,至今運(yùn)行良好。在實(shí)際應(yīng)用調(diào)試參數(shù)中,還包括通過卷徑、轉(zhuǎn)矩,對速度和張力的換算、張力的加速補(bǔ)償和動態(tài)摩擦補(bǔ)償,另外還有各種邏輯的切換以及PLC與ABB控制器的通訊參數(shù)設(shè)置等等,在這里就不再贅述了。
參考文獻(xiàn):
[1] ABB公司 2006-06-30
[2] ABB公司 2006-08-09