摘要： 本文介紹了SIEMENS的SINAMICS S120系列變頻器在三輥無縫鋼管熱連軋中的應(yīng)用，SINAMICS S120變頻器的配置及使用亮點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：  SINAMICS S120  Profibus-DP  基本型電源模塊BLM、非調(diào)節(jié)型電源模塊SLM、調(diào)節(jié)型電源模塊ALM

1．  項(xiàng)目背景： 

      連軋管機(jī)組是高效生產(chǎn)無縫鋼管的軋管機(jī)機(jī)組，是將穿孔后的毛管套在長芯棒上，通過一組由4～11（一般為5～9）個互成90°（或60°）的連續(xù)布置的二輥（或三輥）式機(jī)架對其進(jìn)行軋制成荒管，從而實(shí)現(xiàn)高度的機(jī)械化和自動化的軋管方式。

      三輥式連軋管機(jī)在軋制時(shí)變形更均勻，軋制壓力更小，荒管表面質(zhì)量更好，尺寸精度更高，是對二輥連軋管機(jī)的發(fā)展；可通過調(diào)整軋輥改變孔型參數(shù)，用一套軋輥和芯棒生產(chǎn)相鄰規(guī)格的成品。

      我公司在江陰華潤制鋼有限公司7英寸無縫鋼管軋機(jī)工程中承擔(dān)了全線的傳動系統(tǒng)和除連軋機(jī)、定徑機(jī)、排管鋸、爐子以外的基礎(chǔ)自動化工作。

2．  設(shè)備概況：

附圖一、三輥無縫鋼管熱連軋簡圖

      穿孔后毛管由運(yùn)輸機(jī)構(gòu)快速運(yùn)輸至連軋機(jī)前臺，芯棒由芯板限動小車夾持送入毛管內(nèi)，芯板限動小車由4臺電機(jī)通過驅(qū)動減速機(jī)帶動限動齒條，齒條前部有夾持裝置；毛管由限動裝置和夾送裝置一起送入連軋機(jī)，連軋機(jī)咬鋼后軋輥輾軋毛管依次進(jìn)入下一個機(jī)架，同時(shí)由被輾軋金屬的摩擦力帶動芯棒前進(jìn)，限動小車提供反作用力，使得芯棒能夠在整個軋制過程中均以設(shè)定的恒定速度運(yùn)行，軋制過程結(jié)束時(shí)荒管由脫管機(jī)脫出，芯棒則由芯棒限動裝置帶動而快速返回到初始位；荒管由運(yùn)輸機(jī)構(gòu)至定徑機(jī)，經(jīng)定徑機(jī)定徑和延伸后成為鋼管。連軋機(jī)和脫管機(jī)孔型簡圖如下：

附圖二、連軋機(jī)和脫管機(jī)孔型簡圖

      主軋機(jī)、脫管機(jī)、張減機(jī)的每個機(jī)架都由3個軋輥，每個軋輥都有自己獨(dú)立的傳動系統(tǒng)。定徑機(jī)的孔型與結(jié)構(gòu)和脫管機(jī)基本一致。

      這種結(jié)構(gòu)的使用對傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性和精度有更高的要求?；A(chǔ)自動化用戶選擇使用SIEMENS的PLC作為控制核心，進(jìn)行設(shè)備、工藝和傳動的控制。工廠部分用戶將利用現(xiàn)有廠房的一部分進(jìn)行擴(kuò)建，電氣室的預(yù)留空間有限，要求電控系統(tǒng)占地盡可能小。

1． 電氣傳動的選擇：

      經(jīng)過對市場主流變頻器的性能、價(jià)格、技術(shù)的以及本項(xiàng)目的實(shí)際情況我們最后選擇了西門子的SINAMICS S120系列變頻器做為交流電機(jī)的傳動系統(tǒng)。SINAMICS S120是6SE70的升級，其優(yōu)點(diǎn)主要是外形尺寸大大縮小；噪音大大減低；控制器從傳動單元中獨(dú)立了出來，1個控制器可以控制4臺矢量控制的傳動單元，這樣許多原來需要在PLC中完成的工藝性互聯(lián)可以在傳動控制器中完成，由于中央控制單元中已經(jīng)保存有所需要的全部信息，所以無須費(fèi)時(shí)費(fèi)力地傳輸數(shù)據(jù)。各軸的互聯(lián)可在一個控制單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)，并且在 STARTER 調(diào)試工具中簡單點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可進(jìn)行組態(tài)。

2． 電氣傳動方案：

      傳動裝置采用SINAMICS S120多傳動的共用直流母線結(jié)構(gòu)形式（AC/DC整流+DC/AC逆變），S120的AC/DC整流共有三種類型：基本型電源模塊BLM、非調(diào)節(jié)型電源模塊SLM、調(diào)節(jié)型電源模塊ALM。本項(xiàng)目兼顧軋制工藝和項(xiàng)目成本的需要，選擇采用基本型電源模塊BLM加非調(diào)節(jié)型電源模塊SLM混裝的模式。傳動負(fù)載和時(shí)間曲線見下：

附圖三、軋機(jī)時(shí)間和負(fù)載曲線

附圖四、限動時(shí)間和負(fù)載曲線

      脫管機(jī)、定徑機(jī)的負(fù)載曲線和軋機(jī)的類似，根據(jù)負(fù)載曲線可知傳動機(jī)構(gòu)為正向運(yùn)行，只有設(shè)備停機(jī)和事故急停需要能量回饋，確定軋機(jī)、脫管機(jī)、定徑機(jī)的AC/DC為整流裝置功率大于回饋裝置功率；限動機(jī)構(gòu)為正反向運(yùn)行，反向?yàn)槟芰炕仞?，其AC/DC為整流裝置功率等于回饋裝置功率。軋機(jī)、脫管機(jī)、定徑機(jī)的每一個機(jī)架為一個傳動組，工藝要求一個機(jī)架3臺電機(jī)轉(zhuǎn)速要一致，力矩要平衡。限動4臺電機(jī)要保證轉(zhuǎn)速和力矩的平衡。根據(jù)以上工藝需求把軋機(jī)、脫管機(jī)、定徑機(jī)、限動的共100臺電機(jī)分成33個控制組，每個組的逆變器共用1個控制器（CU）。傳動裝置的功率計(jì)算是根據(jù)電機(jī)的負(fù)載情況確認(rèn)逆變單元和整流裝置容量，本文就不在敘述。有代表性的傳動單線圖見下圖：

附圖五、軋機(jī)傳動單線圖

附圖六、限動傳動單線圖

附圖七、脫管機(jī)傳動單線圖

5.項(xiàng)目實(shí)施 

      采用SINAMICS S120多傳動方案后，DP的接線大大減少，1個控制器CU只需1個DP接頭，1個CU可以通過DRIVE-CLiQ電纜連接最多4個矢量控制的功率單元。例如附圖九連軋機(jī)每一架只有2個DP接點(diǎn)，而更新前的6SE70裝置則需要配置6個DP接點(diǎn)。系統(tǒng)抗干擾能力有了明顯改善；

附圖八、軋機(jī)每一架DP和DRIVE-CLiQ網(wǎng)絡(luò)圖

      SINAMICS S120把傳動單元和控制器獨(dú)立開來，也有利于減低用戶的備件成本；一個控制器控制多臺傳動裝置，速度和力矩主從實(shí)現(xiàn)也更方便，控制效果也更理想，成品質(zhì)量將更有保障；調(diào)試界面也更加友好，在控制器中編程將更容易。

附圖九、主傳動速度給定

附圖十、從傳動給定

附圖十一、傳動激活droop功能

SINAMICS S120的傳動模塊比其升級前的6SE70變頻器有了較大的設(shè)計(jì)改進(jìn)，成套后總的柜體尺寸比選擇6SE70減少了約三分之一，傳動裝置的噪音也得到大大改善；采用新方案后整流回饋裝置也不再需要自藕變壓器，故障率得以大大減低。

6.結(jié)語 

      SINAMICS S120是德國西門子公司新推出的工程型變頻器，S120變頻器基于Drive CLiQ器件級智能網(wǎng)絡(luò)和模塊化組件，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，極大方便了系統(tǒng)組態(tài)和診斷、維護(hù)。本項(xiàng)目傳動系統(tǒng)采用SINAMICS S120很好的滿足了三輥無縫鋼管熱連軋的生產(chǎn)工藝的需求；也很好的適應(yīng)了用戶要求利用部分舊廠房的需要。

作者簡介：

閆文秀（1975.08-），男，太原科技大學(xué)工業(yè)自動化專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)就職于太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司技術(shù)中心軋鋼所，工程師。電話：13935155572，E-mail：369012270@qq.com