應(yīng)用案例?
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Application case
一、 橫切線(xiàn)負(fù)載的性質(zhì)與控制方案的選擇
整條橫切線(xiàn)全線(xiàn)共有各種大小交流感應(yīng)電機(jī)200多臺(tái)，并且這些電機(jī)均要求工作在頻繁起制動(dòng)狀態(tài)，屬頻繁起、制動(dòng)工況，恒力矩負(fù)載，并有不規(guī)則的負(fù)載沖擊。且工藝要求整個(gè)系統(tǒng)具有良好的調(diào)速性能和調(diào)速精度。
根據(jù)工藝方提供的數(shù)據(jù)，貫穿全線(xiàn)的輥道制動(dòng)占空比高達(dá)25%以上。在輥道傳送鋼板時(shí)，負(fù)載慣性很大，電動(dòng)機(jī)由變頻器拖動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)在減速和停止過(guò)程中處于發(fā)電狀態(tài)，從電機(jī)大量反饋回直流環(huán)節(jié)的能量將抬高直流環(huán)節(jié)電壓。過(guò)高的直流母線(xiàn)電壓將對(duì)裝個(gè)低壓傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生致命的影響。處理反饋能量的方法有許多種，理想的是采用公用直流母線(xiàn)系統(tǒng)。公共直流母線(xiàn)系統(tǒng)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(xiàn)上。當(dāng)系統(tǒng)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，逆變器從母線(xiàn)上獲取電能；當(dāng)系統(tǒng)工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，能量通過(guò)母線(xiàn)由回饋裝置經(jīng)過(guò)自耦變壓器回饋給電網(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。
二、 整流系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)成
根據(jù)這些工藝特點(diǎn)和要求，我們?cè)诘蛪簜鲃?dòng)系統(tǒng)中采用了西門(mén)子公司公共直流母線(xiàn)技術(shù)，將整個(gè)低壓傳動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)不同的工藝段劃分成三段母線(xiàn)，1段和3段母線(xiàn)各由1臺(tái)870KW整流/回饋單元供電，2段母線(xiàn)由兩臺(tái)870KW整流/回饋單元并聯(lián)供電（把兩臺(tái)額定電流和規(guī)格等技術(shù)數(shù)據(jù)相同的整流功率單元，使用一根西門(mén)子專(zhuān)用的50芯扁平電纜將兩組整流器功率單元并聯(lián)，由一個(gè)控制單元控制兩臺(tái)整流器同時(shí)工作）。所有逆變器均掛接在直流母線(xiàn)上，構(gòu)成三個(gè)公共直流母線(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)。
三、 逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)成
對(duì)于矯直機(jī)、切邊機(jī)、飛剪等傳動(dòng)性能要求較高的電機(jī)均采用單機(jī)控制，在電機(jī)側(cè)均安裝有增量型編碼器，逆變器采用具有矢量控制功能的西門(mén)子6SE70系列逆變器，控制方式選用帶速度反饋的閉環(huán)矢量控制方式，大大提高了系統(tǒng)的精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對(duì)于大量的輥道電機(jī)采用成組傳動(dòng)方法，由一臺(tái)大的逆變器帶多個(gè)輥道電機(jī)，這樣大大減少了逆變器的數(shù)量，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)配置和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，既節(jié)省了安裝空間又減少了用戶(hù)的投資。這些逆變器利用脈沖寬度調(diào)制方法（PWM）將直流母線(xiàn)系統(tǒng)的直流電壓逆變生成一個(gè)交流的頻率、電壓可調(diào)交流電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)交流電機(jī)速度的目的。控制和給定信號(hào)由PLC運(yùn)算后通過(guò)PROFBUS-DP網(wǎng)絡(luò)傳給每套驅(qū)動(dòng)裝置，增加了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度及系統(tǒng)的抗干擾能力。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
四、整流系統(tǒng)調(diào)試
整流器上電調(diào)試前，檢查母線(xiàn)正負(fù)之間以及正負(fù)對(duì)地絕緣，檢測(cè)兩組整流器進(jìn)線(xiàn)主電源的相序和電壓，確保正常后，上控制電源，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，主要包括語(yǔ)言環(huán)境、傳動(dòng)配置、電源電壓、功率部分配置、電流限幅、回饋制動(dòng)選擇、預(yù)充電時(shí)間等參數(shù)，之后啟動(dòng)合閘命令，開(kāi)始給中間回路預(yù)充電，預(yù)充電持續(xù)時(shí)間根據(jù)功率單元的容量及在庫(kù)房存放時(shí)間設(shè)定，通常在30分鐘以上，當(dāng)預(yù)充電結(jié)束后，進(jìn)行電路識(shí)別，在PMU面板上重新顯示°009后，表示整流器調(diào)試成功完成，整流器可以合閘送電，通過(guò)參數(shù)P006可以看出在直流側(cè)有540V左右的直流電壓。
五、逆變系統(tǒng)調(diào)試
1）空載調(diào)試
電機(jī)動(dòng)力電纜及編碼器等信號(hào)線(xiàn)都具備調(diào)試條件后，對(duì)線(xiàn)路檢測(cè)一切正常，給逆變器上控制電開(kāi)始調(diào)試。首先根據(jù)功率模塊的訂貨號(hào)，對(duì)功率部分進(jìn)行定義。之后對(duì)電子板部分參數(shù)設(shè)置，完成Profibus_DP等通訊板的硬件組態(tài)和參數(shù)設(shè)定。之后進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，根據(jù)電路原理和系統(tǒng)實(shí)際，進(jìn)行濾波器、電機(jī)型式、控制方式、電機(jī)數(shù)據(jù)、相關(guān)的過(guò)流、過(guò)載等保護(hù)參數(shù)設(shè)定，開(kāi)始電動(dòng)機(jī)的靜動(dòng)態(tài)識(shí)別及電流環(huán)和速度環(huán)的優(yōu)化。然后依據(jù)傳動(dòng)理論和剪切工藝要求，測(cè)試速度穩(wěn)態(tài)精度小于0.05%（見(jiàn)圖2）,速度響應(yīng)時(shí)間小于60ms（見(jiàn)圖3），電流環(huán)響應(yīng)時(shí)間小于10ms（見(jiàn)圖4），然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反向加減速觀(guān)察力矩分量輸出平穩(wěn)正常（見(jiàn)圖5）。
至此，電動(dòng)機(jī)的空載調(diào)試成功完成。
2） 切邊剪上下輥負(fù)荷平衡、速度同步控制調(diào)試
單側(cè)（操作側(cè)或傳動(dòng)側(cè)）剪刀為一臺(tái)變速箱由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，即屬于傳動(dòng)的“機(jī)械耦合”控制范疇，需要考慮兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的平衡和速度的一致性，因此要對(duì)上下輥的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行主從控制設(shè)定。即“主”工作在速度控制模式（p100=4），“從”工作在力矩控制模式(p100=5)。“從”接受“主”的控制信號(hào)和力矩設(shè)定值，通過(guò)SCB2板卡實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”通訊。首先調(diào)試操作側(cè)的電機(jī)，將SCB2板卡組態(tài)好后，將“主”中要發(fā)送的起停控制信號(hào)和力矩設(shè)定等參數(shù)和“從”中需要接收的參數(shù)分別在兩臺(tái)變頻器中設(shè)置好，開(kāi)始“點(diǎn)動(dòng)”起車(chē)，逐步加速，通過(guò)Trace功能，觀(guān)察兩臺(tái)變頻器的速度反饋和力矩輸出曲線(xiàn)，確保兩臺(tái)電機(jī)的速度和輸出力矩相同，重點(diǎn)觀(guān)察兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)在高速和加減速過(guò)程中的力矩和速度變化是否一致，測(cè)試速度和力矩兩條曲線(xiàn)一致性很好，變速箱無(wú)異常，“機(jī)械耦合”調(diào)試成功。傳動(dòng)側(cè)同樣方法調(diào)試。
3）操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)兩臺(tái)切邊剪之間的同步控制
在操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的本機(jī)“機(jī)械耦合”調(diào)試成功后，將要考慮操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)剪切時(shí)行程高度同步的問(wèn)題，但兩側(cè)的機(jī)械設(shè)備之間沒(méi)有任何機(jī)械耦合聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)高度同步性有一定的困難。依據(jù)切邊剪功能規(guī)格書(shū)描述，要求切邊剪每轉(zhuǎn)一圈兩側(cè)的角度差要小于0.15度即達(dá)到行程同步的標(biāo)準(zhǔn)，也就是說(shuō)切邊剪的行程同步是以角度來(lái)計(jì)算的。考慮同步性和快速性的綜合原因，然后選擇了運(yùn)行T400平臺(tái)上的角同步控制程序SPA440，對(duì)該程序做相應(yīng)設(shè)置后疊加到速度環(huán)上，這樣電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，形成電流環(huán)、速度環(huán)、角度環(huán)的多環(huán)控制系統(tǒng)。
以操作側(cè)剪子為從，傳動(dòng)側(cè)剪子為主，結(jié)合SPA440的控制功能圖，將T400裝在操作側(cè)的變頻器上，然后把操作側(cè)“主”電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)側(cè)的“主”電動(dòng)機(jī)的增量編碼器信號(hào)分別接到T400的編碼器信號(hào)端上。
操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的“主”電動(dòng)機(jī)增量編碼器信號(hào)準(zhǔn)確無(wú)誤傳輸?shù)絋400板卡上，經(jīng)SPA440軟件中的速度和位置檢測(cè)部分程序計(jì)算出兩側(cè)的角度差，通過(guò)角度控制器進(jìn)行角度差的閉環(huán)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)目標(biāo)量為0度，調(diào)節(jié)量為測(cè)算出的角度差，調(diào)整比例系數(shù)Kp和積分常數(shù)Tn使之配比，保證角度調(diào)節(jié)器的輸出量為好的狀態(tài)。之后將角度調(diào)節(jié)器的輸出量作為速度附加給定值疊加到操作側(cè)的速度附加設(shè)定通道上，作為輔助調(diào)節(jié)量調(diào)節(jié)操作側(cè)的電動(dòng)機(jī)速度，使操作側(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)限接近傳動(dòng)側(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)了操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)電動(dòng)機(jī)剪切時(shí)的行程同步，即角度偏差小于0.15度（見(jiàn)圖6）。
帶載試車(chē)后，監(jiān)控角度差曲線(xiàn)振幅為0.10，達(dá)到了工藝及設(shè)備要求。
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