摘 要: 本文介紹了ACS800多傳動系統(tǒng)在中板定尺剪機(jī)組中的應(yīng)用，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成、特點(diǎn)和調(diào)試。

關(guān)鍵詞: 直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC控制） 多傳動系統(tǒng) 直流母線

Abstract: This paper introduced the application of multidrive system in medium plate standard-size-shear, and described the composition of the inverter system,feature and debugging. Keywords: DTC-control Multidrive system DC-Bus

1 引言

2006年初，安陽鋼鐵股份公司第二軋鋼廠在其新建精整線上增加了一臺定尺剪機(jī)組，用于鋼板在矯直后的頭尾剪切，達(dá)到進(jìn)一步提高質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。

2 定尺剪機(jī)組概述

定尺剪機(jī)組主要由對中裝置、前夾送輥裝置、定尺剪、料邊收集裝置等組成。當(dāng)鋼板由冷床運(yùn)送到定尺剪前輥道上，由剪前輥道將鋼板運(yùn)輸至前夾送輥約500mm處，設(shè)在剪前的冷金屬檢測器動作，鋼板自動停止，此時前夾送輥處于最大開口度狀態(tài)，剪前的鋼板通過五個呈線性運(yùn)動的液壓對中裝置，將鋼板平移到一側(cè)。此后，剪前輥道將鋼板運(yùn)至超過前夾送輥400mm時，冷金屬檢測器發(fā)出信號，鋼板停住，用夾送輥將鋼板頭部壓緊，定尺剪啟動把鋼板頭切掉;然后夾送輥、剪前、剪后工作輥道同步啟動，將鋼板送到指定尺寸長度為止時，夾送輥、剪前、剪后工作輥道停止運(yùn)行，定尺剪啟動把鋼板尾切掉，然后夾送輥、剪前、剪后工作輥道同步啟動把鋼板送至收集臺入庫。

2.1 電氣傳動及控制

（1） 定尺剪

單方向剪切，頻繁起制動，系統(tǒng)可逆。定尺剪主傳動由2臺630kW交流變頻電機(jī)傳動。裝置過載倍數(shù)2倍，由兩套逆變器作主/從控制，負(fù)荷平衡，基速以下恒轉(zhuǎn)矩工作，基速以上恒功率工作，直接轉(zhuǎn)矩控制，速度閉環(huán)。

（2） 夾送輥

單方向送料，頻繁起制動。夾送輥分別由2臺22kW交流變頻電機(jī)傳動兩個下夾送輥, 將鋼板導(dǎo)入定尺剪,并將發(fā)生剪切故障的鋼板退回至剪前輥道。兩臺電機(jī)由同步軸硬性連接。由兩套逆變器作主/從控制，2倍過載，直接轉(zhuǎn)矩控制，速度閉環(huán)。

（3） 輥道

頻繁起制動, 系統(tǒng)可逆。輥道由剪前輸入輥道和剪后輸出輥道組成，單電機(jī)單獨(dú)傳動，成組工作，標(biāo)量V/F控制。

2.2 .ACS800多傳動系統(tǒng)

公共直流母線技術(shù)是在多電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)中，采用單獨(dú)的整流/回饋裝置為系統(tǒng)提供一定功率的直流電源，調(diào)速用逆變器直接掛接在直流母線上。當(dāng)系統(tǒng)工作在電動狀態(tài)時，逆變器從母線上獲取電能;當(dāng)系統(tǒng)工作在發(fā)電狀態(tài)時，能量通過母線及回饋裝置直接回饋給電網(wǎng)，以達(dá)到節(jié)能、提高設(shè)備運(yùn)行可靠性、減少設(shè)備維護(hù)量和設(shè)備占地面積等目的。

公共直流母線控制系統(tǒng)通常由整流/回饋單元、公共直流母線、逆變單元、控制單元等組成?；仞亞卧煞譃橥ㄟ^自耦變壓器的能量回饋和不通過自耦變壓器的能量回饋兩種方式。通過自耦變壓器的能量回饋可提高回饋支路中的電源電壓，目的是在能量回饋過程中不必降低中間回路電壓，使得逆變器能夠獲得一個較恒穩(wěn)的直流電源;不通過自耦變壓器的能量回饋實(shí)際上是保持系統(tǒng)一直處在回饋狀態(tài)，在整流過程中依靠持續(xù)降低具有相角控制的中間回路的電壓來實(shí)現(xiàn)。

圖1 ACS800多傳動系統(tǒng)的組成

多傳動控制技術(shù)適用于很寬的功率范圍，可滿足各種應(yīng)用;采用公共DC母線為基礎(chǔ)的模塊式結(jié)構(gòu)可以組建經(jīng)濟(jì)、有效的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。ACS800多傳動系統(tǒng)可以集成到不同的現(xiàn)場總線上。采用DTC的異步電動機(jī)交流多傳動系統(tǒng)，在速度/轉(zhuǎn)矩控制模式下，擁有優(yōu)異的動態(tài)性能及過載能力，功率因數(shù)接近于1，無需功率補(bǔ)償設(shè)備，從而減小了變壓器容量;由于使用鼠籠式異步電動機(jī)，其非電刷-滑環(huán)結(jié)構(gòu)，不僅降低了維護(hù)費(fèi)用，而且可實(shí)現(xiàn)交流傳動的高效率、高可靠性。ACS800多傳動系統(tǒng)主要由輔助控制單元（ACU）、進(jìn)線單元（ICU）、晶閘管供電單元（TSU）、直流母線、傳動單元和控制部分等組成，如圖1所示。

3. ACS800多傳動系統(tǒng)中的晶閘管供電部分

晶閘管供電部分從功能上可以分為三部分:輔助控制單元（ACU）、進(jìn)線單元（ICU）、晶閘管供電單元（TSU）。ACU包括230VAC（115VAC）輔助電路（啟動開關(guān)、急停開關(guān)、繼電器、230V電路的保護(hù)開關(guān)）和TSU I/O電路板; ICU主要為主斷路器（包括分?jǐn)嘣O(shè)備、負(fù)載電流ON/OFF開關(guān)、du/dt濾波器）; TSU包括晶閘管整流橋（正橋）、晶閘管逆變橋（反橋）和中間回路的直流電抗器。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2定尺剪系統(tǒng)架構(gòu)構(gòu)成

3.1 晶閘管供電單元的主電路

晶閘管供電單元主電路包括兩個六脈波的晶閘管變流橋，整流橋（正橋）和反并聯(lián)的逆變橋（反橋），將三相AC電源轉(zhuǎn)換成DC電源，然后通過中間的直流母線將電能輸送給傳動部分（即逆變器）。直流電抗器（中間電路電抗器）是為了使輸出直流電流平波。當(dāng)功率容量大于525kVA，如果不需要較大的制動功率，逆變橋的容量可以比整流橋的容量小一檔。無論何時需要將電機(jī)制動能量回饋給電網(wǎng)時，反橋就會將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。

3.2 自耦變壓器

在電網(wǎng)較弱、電源電纜很長、需要很高的制動功率和需要快速轉(zhuǎn)換到制動狀態(tài)時，以及軋機(jī)、剪刀機(jī)和輥道等使用場合，為提高晶閘管有源逆變橋的換流能力，需安裝自耦變壓器， 自耦變壓器可以將有源逆變橋的電壓提高20%，以提高逆變橋的換流能力和抗電源電壓脈動的能力，使其在制動時，直流側(cè)的電壓保持在100%的水平。

3.3 晶閘管供電單元的控制

在某一時刻僅有一個橋工作，而另一個橋必須處于封鎖狀態(tài)。觸發(fā)角自動進(jìn)行調(diào)整從而保證中間直流電路的電壓處于比較穩(wěn)定的水平。正/反橋的選擇和中間直流電路電壓的控制是建立在供電電壓、供電電流以及中間直流電路的電壓測量的基礎(chǔ)上的。觸發(fā)角控制取決于DC電壓和電流測量值，每60°為一個導(dǎo)通周期。晶閘管的換向重疊角并不是一個常數(shù)，在電流連續(xù)再生制動情況下，觸發(fā)角取決于導(dǎo)線電感和換流時的直流電流。

3.4 晶閘管變流橋變換邏輯

晶閘管變流橋變換邏輯的原則是: 　

（1） 當(dāng)出現(xiàn)以下情況時, 由正橋切換到反橋: 　　正向電流低于正向電流限幅值，并且TSU直流電壓Ud（在直流電抗器之前）超過直流參考電壓Udref與20.02 UC DIFF REV（中間電路正向額定直流電壓的百分?jǐn)?shù)）之和。

（2） 當(dāng)出現(xiàn)以下情況時, 由反橋切換到正橋: 　　反向電流低于反向電流限幅值，并且TSU直流電壓Ud小于直流參考電壓Udref與20.01 UC DIFF FWD（中間電路反向額定直流電壓的百分?jǐn)?shù)）之差。

4 .ACS800多傳動系統(tǒng)中的傳動部分

傳動部分包括逆變器單元、DC熔斷器或一個帶充電回路的熔斷開關(guān)、CDP312R控制盤等。傳動單元包括逆變器、冷卻風(fēng)機(jī)、傳動控制單元、可選脈沖編碼器接口模塊RTAC-01和PROFIBUS適配器RPBA-01等。逆變器單元由IGBT輸出橋組、電容、電流互感器、NINT主電路接口板、NPOW電源板等組成，它用來將中間回路直流電壓轉(zhuǎn)換為可控的交流電壓。

4.1 IGBT逆變器的主電路

IGBT逆變器的主電路包括6個帶續(xù)流二極管的IGBT和直流電容，這6個帶續(xù)流二極管的IGBT集成一個單一的功率板。供電單元通過直流母線給逆變器供電。逆變器也能從直流母線獲得控制板的電壓和I/O板的輔助電壓。各逆變器的急停信號來自輔助控制單元，并有急停應(yīng)答信號回饋輔助控制單元。

4.2 傳動控制單元（RDCU-01）

傳動控制單元RDCU-01,包括應(yīng)用程序與電機(jī)控制板NAMC-22和標(biāo)準(zhǔn)I/O板RIOC-01。NAMC-22是控制逆變器的核心模塊。從其控制面板接口使用專用電纜可與CDP-312R控制盤連接，通過5個光纖通訊通道（1個PPCS通道、4個DDCS通道）對逆變器進(jìn)行調(diào)試、控制。X3（控制面板接口、CONTROL PANEL），NAMC-22板從該接口使用符合RS-485數(shù)據(jù)傳送標(biāo)準(zhǔn)的專用電纜與CDP-312R控制盤連接，利用CDP-312R控制盤對逆變器進(jìn)行調(diào)試、參數(shù)設(shè)定、故障復(fù)位等操作和實(shí)際值顯示、故障監(jiān)控等功能。INI（INVERTER、Drive、逆變器光纖通道），通過光纖PPCS（功率板通訊系統(tǒng)，專用于ABB傳動系統(tǒng)）通訊通道與逆變器內(nèi)部的NINT主電路接口板連接，最終由NINT主電路接口板產(chǎn)生觸發(fā)脈沖控制逆變器。

4.3電機(jī)控制方案和控制模式

本系統(tǒng)只使用了主控制字MCW中的B0、B3、B4、B5和B6，主狀態(tài)字MSW中的B0、B1、B2和B3，輔助狀態(tài)字中的B11。主控制字中的B0為ON信號，當(dāng)MCW B0=1時，準(zhǔn)備接通，當(dāng)MCW B0=0時，不準(zhǔn)備接通; 主控制字中的B3為RUN信號，當(dāng)MCW B3=1時，進(jìn)入RDYREF狀態(tài)（允許運(yùn)行），當(dāng)MCW B3=0時，自由停車; 主控制字中的B4為RAMP_OUT_ZERO信號，當(dāng)MCW B4=1時，無動作，當(dāng)MCW B4=0時，強(qiáng)制速度積分的輸出為零;主控制字中的B5為RAMP_HOLD信號，當(dāng)MCW B5=1時，無動作，當(dāng)MCW B5=0時，停止速度積分;主控制字中的B6為RAMP-IN-ZERO信號，當(dāng)MCW B6=1時，無動作，當(dāng)MCW B6=0時，強(qiáng)制速度積分的輸入為零。主狀態(tài)字中的B0為RDYON信號，當(dāng)MSW B0=1時，準(zhǔn)備接通，當(dāng)MSW B0=0時，不準(zhǔn)備接通; 主狀態(tài)字中的B1為RDYRUN信號，當(dāng)MSW B1=1時，準(zhǔn)備，當(dāng)MSW B1=0時，不準(zhǔn)備; 主狀態(tài)字中的B2為RDYREF信號，當(dāng)MSW B2=1時，允許運(yùn)行（RUNNING），當(dāng)MSW B2=0時，禁止運(yùn)行; 主狀態(tài)字中的B3為TRIPPED信號，當(dāng)MSW B3=1時，為故障狀態(tài)。系統(tǒng)上電后，在MCW的B4和B5均為1的情況下，如控制端子DI2=1，通過MCW的B0、B3和B6啟/停電機(jī)，其中，MCW的B6起到接通/斷開給定信號通道的作用; 當(dāng)MCW的B0=B3=B6=1時，電機(jī)啟動; 要使電機(jī)正常停止，應(yīng)首先使MCW的B6=0，以切斷給定信號，使ASW的B11=1，然后，通過ASW的B11=1，使MCW的B3=0、MCW的B0=0，使電機(jī)停止; 如果直接使MCW的B0=0，則會造成電機(jī)急停，各逆變器的參數(shù)21.04（EME STOP MODE）均設(shè)為STOP RAMPING。當(dāng)MSW的B0=1、MCW的B0=1、MSW的B1=1、MCW的B3=1時，電機(jī)開始運(yùn)行; 當(dāng)MCW的B0=1、MCW的B3=1時，使MSW的B2=1，則進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)MSW的B3=1時，系統(tǒng)處于故障狀態(tài)。

4.4主/從控制負(fù)荷平衡

主/從應(yīng)用宏主要用于電機(jī)軸通過齒輪、鏈條、皮帶輪等耦合的系統(tǒng)中。主機(jī)通過一條光纖串行通信連接控制著從機(jī)。主機(jī)是典型的速度控制，其他的傳動系統(tǒng)跟隨它的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速。當(dāng)主機(jī)的電機(jī)軸和從機(jī)的電機(jī)軸通過齒輪或鏈條等剛性耦合并且它們之間沒有轉(zhuǎn)速差時，從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制。主/從傳動系統(tǒng)通過DDCS板的CH2進(jìn)行連接。在通訊中，一個傳動系統(tǒng)可以被設(shè)置為主機(jī)或者從機(jī)。通常情況下，速度控制的主傳動系統(tǒng)被設(shè)置成通訊主機(jī)。連接是通過上位機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用程序來配置的（參數(shù)70.08 CH2 M/F MODE）。在主傳動系統(tǒng)中，通過參數(shù)70.08 CH2 M/F MODE選擇主機(jī)為主傳動模式，給定轉(zhuǎn)矩源地址2.10 TORQ REF 3由參數(shù)70.11 MASTER REF3定義。如果通過參數(shù)70.08 CH2 M/F MODE選擇從機(jī)為從傳動模式，則主機(jī)的2.10 TORQ REF3通過數(shù)據(jù)集41被發(fā)送到從機(jī)的25.01 TORQUE REF A中，作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定信號。本系統(tǒng)使用的主/從傳動中，從傳動系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)矩控制，接收從主傳動系統(tǒng)來的轉(zhuǎn)矩給定。在主/從傳動系統(tǒng)中，只有主傳動系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速環(huán)，因此，此轉(zhuǎn)速環(huán)為主/從傳動系統(tǒng)的共用轉(zhuǎn)速環(huán)。

5.ACS800多傳動系統(tǒng)傳動部分的調(diào)試

5.1 建立電機(jī)模型

變頻器DTC控制需要精確的電機(jī)模型，ACS800多傳動系統(tǒng)逆變器具有獨(dú)特的電機(jī)辨識功能，在辨識運(yùn)行中，將通過監(jiān)測電機(jī)對所施加的電源的響應(yīng)建立精確的電機(jī)模型，辨識電機(jī)的特性以尋找最優(yōu)的電機(jī)控制策略。將電機(jī)的基本數(shù)據(jù)輸入到逆變器后，以手動方式啟動電機(jī)ID辨識運(yùn)行。在電機(jī)辨識運(yùn)行期間，ACS800將識別電機(jī)特性，便于電機(jī)的優(yōu)化控制。電機(jī)運(yùn)行速度將達(dá)到額定速度的50%～80%。在完成電機(jī)的辨識運(yùn)行前，要確保電機(jī)的安全運(yùn)行。選擇標(biāo)準(zhǔn)辨識，將機(jī)械設(shè)備與電機(jī)分離;檢查電機(jī)的啟動是否會引起危險; 啟動電機(jī); 在辨識運(yùn)行完成后，電機(jī)停止; 當(dāng)辨識運(yùn)行成功完成。

5.2調(diào)試結(jié)果

經(jīng)調(diào)試，各臺電機(jī)啟/停自如，動、靜態(tài)性能良好。定尺剪機(jī)組各部分聯(lián)鎖、工作情況和系統(tǒng)指標(biāo)、鋼板剪切質(zhì)量和剪切速度均達(dá)到設(shè)計要求。

6 結(jié)束語

ABB公司的ACS800多傳動系統(tǒng)具有的高品質(zhì)，以及與鼠籠式異步電動機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了交流傳動的高效率、高可靠性。定尺剪機(jī)組及相應(yīng)的板邊剪切機(jī)、冷床和輥道投用后，從而加快了鋼板剪切速度，進(jìn)一步提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。

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