大型交-交變頻器在熱軋板廠主傳動(dòng)中的應(yīng)用胥超（攀枝花新鋼釩股份有限公司熱軋板廠四川攀枝花617023）制功能。

　　攀鋼熱軋板廠1993年投產(chǎn)，由于傳動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)、控制性能等滿足不了生產(chǎn)需要，影響了產(chǎn)品質(zhì)量的提高。為此對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，采用交-交變頻同步電動(dòng)機(jī)數(shù)字式矢量控制系統(tǒng)。

　　1主傳動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成六個(gè)可控硅柜組成，兩兩變頻器并聯(lián)組成一相變頻器，分為主從柜，每個(gè)變頻柜是一套三相橋式無(wú)環(huán)流反并聯(lián)連接的單相輸出交-交變頻器，六個(gè)單相交-交變頻器柜組成一套輸出Y方式連接的三相交-交變頻器。電機(jī)采用直流激磁凸極式轉(zhuǎn)子交流同步電機(jī)，Y形接線。

　　主傳動(dòng)交-交變頻同步電動(dòng)機(jī)數(shù)字式矢量控制系統(tǒng)由六個(gè)交-交變頻主柜、一個(gè)勵(lì)磁柜、一個(gè)SIMAKYND控制柜、一個(gè)繼開(kāi)柜、三個(gè)吸收柜組成。主回路單線圖如所示。

　　定子主回路由高壓斷路器，整流變壓器，三相交-交變頻器，快開(kāi)、無(wú)負(fù)荷隔離開(kāi)關(guān)，交流同步電機(jī)等組成。轉(zhuǎn)子主回路由斷路器，進(jìn)線電抗器，激磁整流器等組成。整流變壓器采用d/d0、d/y11方式連接，使變壓器二次側(cè)繞組相位相差一定的電角度，以減少電網(wǎng)的諧波。電動(dòng)機(jī)的激磁繞組由四臺(tái)整流變壓器供電，兩臺(tái)為粗軋R2上下輥勵(lì)磁供電，兩臺(tái)為精軋F(tuán)1F6勵(lì)磁供電（一備一用）。每臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)子激路由單獨(dú)的六脈沖整流橋供電。每套變頻器bHshing 2主傳動(dòng)控制1速度控制速度控制用PI調(diào)節(jié)器，P、I調(diào)節(jié)器獨(dú)立工作。

　　軋制速度、點(diǎn)動(dòng)速度由GE9070PLC302通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送到SIMANYND控制器，軋制速度包括過(guò)程計(jì)算機(jī)設(shè)定、人工干預(yù)量、壓下調(diào)節(jié)量、活套調(diào)節(jié)量。點(diǎn)動(dòng)速度值為比較高速度的10%軋輥定位由SIMANYND本身給定實(shí)行閉環(huán)控制。內(nèi)控轉(zhuǎn)車速度通過(guò)操作面板OPI給定，在調(diào)試、維護(hù)、處理故障時(shí)用。所有速度給定都經(jīng)過(guò)相應(yīng)的斜率限制后再送給PI調(diào)節(jié)器。速度實(shí)際值由同步電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的脈沖發(fā)生器測(cè)量，計(jì)數(shù)變換后一路送到矢量控制用于震蕩補(bǔ)償，另一路經(jīng)濾波器送到速度調(diào)節(jié)器和矢量控制。使用濾波器目的是濾掉傳動(dòng)軸、齒輪、聯(lián)軸器等彈性扭曲引起的低頻干擾，防止系統(tǒng)震蕩。速度調(diào)節(jié)器輸出為轉(zhuǎn)矩給定值，轉(zhuǎn)矩給定值限幅為100%.定子電流轉(zhuǎn)矩分量給定限幅值與比較大允許定子電流及勵(lì)磁分量電流有關(guān)。如電機(jī)的定子電流轉(zhuǎn)矩分量的實(shí)際值超過(guò)比較大值，I調(diào)節(jié)器輸入封鎖，防止進(jìn)一步積分，從而保證輸出不變。在單臺(tái)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)、軋輥定位、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量和摩擦轉(zhuǎn)矩測(cè)量等情況，封鎖公共I調(diào)節(jié)器，同時(shí)P調(diào)節(jié)器切換到PI調(diào)節(jié)器。采用上述控制對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速值由公共I調(diào)節(jié)器給出，而工藝要求動(dòng)態(tài)響應(yīng)和負(fù)荷平衡由P調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)。

　　主傳動(dòng)同步電機(jī)控制系統(tǒng)采用氣隙磁場(chǎng)定向矢量變換控制，矢量控制過(guò)程如所示。矢量控制采用軟件模塊化結(jié)構(gòu)，矢量控制環(huán)節(jié)由以下部分組成。

　　矢量控制過(guò)程框圖測(cè)量定子實(shí)際電流IS）、實(shí)際電壓口3扣3人山38、口3和轉(zhuǎn)子實(shí)際位置并進(jìn)行校正。

　　按實(shí)際電流、電壓計(jì)算出實(shí)際磁通PUM和磁通位置角WUM及實(shí)際電勢(shì)EMK按實(shí)際計(jì)算出總的給定值I1S和I2S及磁通PIM和磁通位置角WIM.電機(jī)速度在4~8%時(shí)，電壓模型和電流模型同時(shí)作用，磁通值及位置角取兩者的加權(quán)值。電流模型還計(jì)算輸出弱磁系數(shù)FSF，用于弱磁控制。電機(jī)速度在基速以下，弱磁系1，保持磁通值不變，電機(jī)以恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

　　電機(jī)速度在基速以上，弱磁系數(shù)FSF變化，PIM隨速度的上升變小，電機(jī)以恒功率調(diào)速。

　　按速度大小從電壓模型輸出磁通位置角WUM和電流模型輸出磁通位置WIM兩者中選擇精確的一個(gè)作轉(zhuǎn)子位置估算值。當(dāng)電機(jī)速度小于4%時(shí)，轉(zhuǎn)子位置估算值取IMO計(jì)算WIM；當(dāng)速度大于8%時(shí)，取UMO計(jì)算WUM；當(dāng)速度在4~8%時(shí)，WM取兩者速度加權(quán)平均值，使電機(jī)速度平滑變化。該模塊還校正數(shù)字系統(tǒng)死區(qū)時(shí)間，計(jì)算經(jīng)過(guò)校正的轉(zhuǎn)子位置角。

　　具有直流量I1S、I2S積分調(diào)節(jié)器、解藕環(huán)節(jié)兩項(xiàng)功能。總的輸出作為定子電壓預(yù)控給定值BUS. GGR根據(jù)相電流實(shí)際值ISA、ISB、ISC計(jì)算輸出61、！52實(shí)際值，當(dāng)岱1、岱2給定值都小于5%并與實(shí)際值偏差小于1%時(shí)，封鎖直流I調(diào)節(jié)器。電壓預(yù)控給定值限幅為100%，達(dá)到限幅后，允許減少輸出調(diào)節(jié)。

　　用于校正同步電機(jī)磁化狀態(tài)。電機(jī)磁化初始狀態(tài)由電流模型控制。磁通調(diào)節(jié)器在電機(jī)速度大于8%時(shí)釋放。磁通調(diào)節(jié)器PUR里有兩個(gè)調(diào)節(jié)器及輸出，可以相互獨(dú)立工作。一個(gè)是P調(diào)節(jié)器輸出，經(jīng)比較小激磁電流控制環(huán)節(jié)IEM傳送到IMO，作為定子電流磁化分量的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。另一個(gè)調(diào)節(jié)器是PI調(diào)節(jié)器，輸出也送到IMO，作為激磁電流給定值ISE的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)補(bǔ)償。

　　同步電功率因素通過(guò)調(diào)節(jié)定子電流磁化分量I1S來(lái)改變。COS環(huán)節(jié)就是根據(jù)期望功率（COS= 1）、電機(jī)漏電抗、負(fù)載電流IS2以及弱磁系數(shù)FSF計(jì)算出所需的定子電流磁化分量給定值IS1.COS環(huán)節(jié)還有比較小定子電流ISmin限制功能，當(dāng)電機(jī)實(shí)際定子電流小于3%通過(guò)限制磁化分量電流大小避免定子電流斷續(xù)。

　　SUGS把矢量控制里計(jì)算出的電流矢量IS（從IMO來(lái)）、電壓矢量US（從GGR來(lái)）及校正過(guò)的轉(zhuǎn)子位置角WO ~存儲(chǔ)到通訊緩沖器里，然后由相電流控制里的相應(yīng)功能塊讀出，作為相電流控制給定值。

　　DSGS主要用于電流閉環(huán)控制、電壓模型、實(shí)際值檢測(cè)等功能的初始測(cè)試。DSGS根據(jù)給定電流和頻率計(jì)算出旋轉(zhuǎn)定子電流矢量給定值。DSGS起作用時(shí)自動(dòng)代替SUGS，把有關(guān)給定值送到通訊緩沖器里。

　　電流控制分為定子相電流控制和轉(zhuǎn)子激磁電流控制。相電流控制基本功能為P調(diào)節(jié)器，每相有一'個(gè)電流調(diào)節(jié)器，通過(guò)相電流控制，使交-交變頻器具有電流源特性。使用時(shí)這部分內(nèi)容做成“黑匣子”不須修改程序。在矢量控制里有一個(gè)專用功能塊SEND1與相電流控制部分通訊，可以設(shè)定各種參數(shù)和控制信號(hào)。轉(zhuǎn)子激磁電流控制由電流給定斜坡發(fā)生器MCSP、邏輯切換MSOC、電流PI調(diào)節(jié)器MCPI、觸發(fā)脈沖形成MTG6、電流實(shí)際值檢測(cè)MCAV功能塊等組成。其中IS "E是定子坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)子電流給定值，送給轉(zhuǎn)子電流控制回路時(shí)乘上一個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)g（由轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算功能塊MAES計(jì)算）后得到轉(zhuǎn)子控制回路給定值IR1. 3系統(tǒng)特點(diǎn)1零電流檢測(cè)技術(shù)交-交變頻器基于可逆整流，對(duì)零電流信號(hào)的檢測(cè)靈敏度要求較高。該系統(tǒng)采用全關(guān)斷光電檢測(cè)零電流技術(shù)根據(jù)變頻器中每一個(gè)可控硅管壓降狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)判斷零電流信號(hào)，使無(wú)環(huán)流切換死區(qū)時(shí)間小于1. 1ms如所示。

　　全關(guān)斷光電零電流檢測(cè)原理圖控制系統(tǒng)采用集散控制技術(shù)。控制系統(tǒng)配置一塊CSY通訊通用板實(shí)現(xiàn)本地通訊功能，掛靠在CS7的SS52、SS4通訊接口板分別完成兩種通訊任務(wù)。SS52使用SINCE、L2DP通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與遠(yuǎn)程I/OET200之間的數(shù)據(jù)傳輸，主要任務(wù)是支持控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集及控制信號(hào)傳送。SSE使用DUST1通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與調(diào)試用PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，主要任務(wù)是主持ServiceIBS服務(wù)軟件的在線訪問(wèn)，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

　　另外一個(gè)通訊任務(wù)由PI20G來(lái)實(shí)現(xiàn)，有專門和本地操作監(jiān)視設(shè)備0P2的通訊接口，使其能同時(shí)完成勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)及與OP2的數(shù)據(jù)傳輸，以主持系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)在線監(jiān)視及故障診斷。

　　3運(yùn)行監(jiān)視技術(shù)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視技術(shù)采用SIEMENS公司的COROS畫面軟件，實(shí)現(xiàn)參數(shù)監(jiān)控、信息報(bào)警、數(shù)據(jù)、信息存儲(chǔ)等功能。通過(guò)PROFIBUSFMS網(wǎng)可以同時(shí)監(jiān)視多個(gè)控制系統(tǒng)，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的信息管理和故障集中顯示。系統(tǒng)中專門設(shè)計(jì)了一條總線來(lái)完成信息管理和故障信息傳送，每個(gè)控制系統(tǒng)配置一塊通訊板CS7+SS5掛靠在SINCEL2FMS總線上，同時(shí)配有工業(yè)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及故障收集、顯示、診斷、保存。

　　5應(yīng)用效果該系統(tǒng)屬改造項(xiàng)目，實(shí)踐表明：系統(tǒng)功能穩(wěn)定可靠，大大減少了設(shè)備維護(hù)量，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化；友善的人機(jī)界面使操作人員簡(jiǎn)便、容易、明確地操作和監(jiān)視；調(diào)試和故障診斷方便、快速，故障診斷功能使操作員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的故障并確定其位置，縮短了排除故障的時(shí)間；系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能好，滿足了軋制生產(chǎn)需要。