西門(mén)子6RA28全數(shù)字直流調(diào)速裝置在冷彎?rùn)C(jī)組上的應(yīng)用

摘要： 　　介紹全數(shù)字直流調(diào)速器SIMOREG K 6RA28的技術(shù)特點(diǎn)和工作原理，以及在冷彎?rùn)C(jī)組上的應(yīng)用，關(guān)鍵元器件的選擇、現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試、維護(hù)方法等。 關(guān)鍵詞： 冷彎?rùn)C(jī)組 直流調(diào)速數(shù)字裝置 冷彎工藝 0 引言 　　冷彎型鋼生產(chǎn)線(xiàn)一般由開(kāi)卷機(jī)、校平機(jī)、冷彎?rùn)C(jī)組、定尺飛剪或停剪機(jī)組、出料架等基本設(shè)備單元組成，(如圖1所示)。卷料或帶鋼料經(jīng)開(kāi)卷機(jī)放料，通過(guò)開(kāi)卷機(jī)與校平機(jī)的速度匹配將卷料進(jìn)行校平操作，再經(jīng)冷彎?rùn)C(jī)組的冷彎加工形成需要的合格截面，然后通過(guò)定長(zhǎng)檢測(cè)和切斷、打包或后處理完成具體產(chǎn)品的生產(chǎn)活動(dòng)。本文主要討論全數(shù)字直流調(diào)速器SIMOREG K 6RA28在冷彎?rùn)C(jī)組上的應(yīng)用。 　　直流調(diào)速裝置由過(guò)去的M-D機(jī)組、模擬式直流調(diào)速裝置發(fā)展為全數(shù)字直流調(diào)速裝置；模擬式直流調(diào)速系統(tǒng)采用模擬元件，由于元件老化、干擾等原因，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性難以保證，故障率相對(duì)較高，同時(shí)存在安裝、調(diào)試、維護(hù)困難等缺點(diǎn)。全數(shù)字直流調(diào)速裝置由于采用高精度、快速、穩(wěn)定的CPU處理器以及利用軟、硬件結(jié)合控制的方法，因而大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性，并且具有自診斷功能、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、使用維護(hù)方便、便于通訊等優(yōu)點(diǎn)，尤其在控制要求高、起動(dòng)力矩大、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差的情況下，全數(shù)字直流調(diào)速裝置更顯示出它的優(yōu)越性。如：20世紀(jì)80年代以前，廣州異型鋼材廠引進(jìn)的當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的PR700/8冷彎型鋼機(jī)組，1992年武鋼集團(tuán)漢口軋鋼廠引進(jìn)的PR1100/12.7冷彎?rùn)C(jī)組，至今也是國(guó)內(nèi)最大的冷彎型鋼機(jī)組之一，其冷彎?rùn)C(jī)組的驅(qū)動(dòng)裝置就是全數(shù)字直流調(diào)速裝置，其成型機(jī)組的驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別為：DC2，100KW，0～1000/1500r/min和DC2，200KW，0～1058/1500r/min，我公司選用的貨架冷彎成型機(jī)組的驅(qū)動(dòng)功率也達(dá)到了132KW，主要選用全數(shù)字直流調(diào)速器SIMOREG K 6RA28作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速裝置，考慮到在線(xiàn)預(yù)沖孔的速度瓶頸影響設(shè)計(jì)貨架冷彎成型機(jī)組成型速度最大可以達(dá)到20M/min。 　　由文獻(xiàn)1中知道：絕大多數(shù)冷彎型鋼機(jī)組成型機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)為直流電機(jī)，經(jīng)減速箱及分配齒輪箱帶動(dòng)各成型機(jī)架的輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到冷彎成型的目的。 1技術(shù)特點(diǎn)和工作原理 　　SIMENS公司直流調(diào)速控制器6RA28 SIMOREG K 整流器是用于直流調(diào)速的全數(shù)字控制的緊湊型整流器，自身帶有不可控的整流橋,用于勵(lì)磁回路供電, 勵(lì)磁回路采用單相半控橋B2HZ，電樞和勵(lì)磁回路的功率部分為電絕緣晶閘管模塊，所以其散熱器不帶電。強(qiáng)電聯(lián)接部分的屏蔽罩子和端子蓋防止在整流器附近工作時(shí)的意外觸碰所有的接線(xiàn)端子都可從前部接入勵(lì)磁由一個(gè)不可控單相橋整流器供電。接入三相電源為直變速傳動(dòng)提供電樞和勵(lì)磁電源，額定輸出電流達(dá)30A～600A根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，整流器可作單象限運(yùn)行，或作四象限運(yùn)行。本生產(chǎn)線(xiàn)選用四象限運(yùn)行的6RA23全數(shù)字的直流調(diào)速控制器.可以正方向運(yùn)行,也可以反方向運(yùn)行，并有高、低速轉(zhuǎn)換設(shè)置，電機(jī)電樞由一個(gè)三相全控橋供電。 　　所有的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)傳動(dòng)控制功能和通信由一個(gè)功能強(qiáng)大的16 位微處理器實(shí)現(xiàn),所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)控及附加功能都由微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)，再選擇給定值和反饋值為數(shù)字量或模擬量。 　　SIMENS公司直流調(diào)速控制器6RA28 SIMOREG K 整流器的內(nèi)部由控制單元、功率單元、勵(lì)磁單元、整流驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成，控制單元包括模擬/數(shù)字輸入輸出接口；測(cè)速機(jī)、脈沖編碼器、通訊接口、七段顯示器等，其中通訊接口又包括：控制盤(pán)端口、RS232端口、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口用于通過(guò)外部PLC控制，而RS232端口和控制盤(pán)端口主要用于設(shè)置傳動(dòng)的參數(shù)，也可以設(shè)置為外部傳動(dòng)控制接口，功率接口單元提供變流器的全部控制電源，包含帶脈沖變壓器的脈沖觸發(fā)電路，及勵(lì)磁控制電路和各種保護(hù)、測(cè)量電路、勵(lì)磁單元，內(nèi)置三相勵(lì)磁單元，提供直流勵(lì)磁電壓，整流驅(qū)動(dòng)單元將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電，以提供直流電樞電壓。本次討論的冷彎?rùn)C(jī)組通過(guò)附加卡（選件）的PROFIBUS DP與西門(mén)子的S7-300PLC相聯(lián)實(shí)現(xiàn)有關(guān)機(jī)組的協(xié)調(diào)控制。 本文主要討論的全數(shù)字直流調(diào)速器SIMOREG K 6RA28在冷彎?rùn)C(jī)組上的應(yīng)用原理見(jiàn)圖2。其主要應(yīng)用特點(diǎn)表現(xiàn)為：通過(guò)多圈電位器所形成的阻值變化及其電位電動(dòng)勢(shì)差值變化，改變可控硅橋的觸發(fā)角，從而實(shí)現(xiàn)電樞電壓的調(diào)節(jié)，達(dá)到平滑調(diào)速的目的。 2 技術(shù)參數(shù)的設(shè)定及傳動(dòng)特點(diǎn) 　　打開(kāi)6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器前門(mén),有三個(gè)鍵,選擇鍵、上箭頭鍵、下箭頭鍵.和一個(gè)3位7段顯示器. 上箭頭鍵、下箭頭鍵用于選擇參數(shù)和數(shù)據(jù).選擇鍵則用于選擇參數(shù)和故障復(fù)位. 3位7段顯示器則顯示參數(shù)號(hào),參數(shù)值,在6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器發(fā)生故障停止運(yùn)行時(shí), 三位顯示器顯示以F開(kāi)頭的故障號(hào).故障號(hào)的內(nèi)容指示見(jiàn)說(shuō)明書(shū).根據(jù)故障號(hào)的內(nèi)容排除6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器發(fā)生的故障.故障排除后,按選擇鍵,顯示器顯示07, 直流調(diào)速控制器在準(zhǔn)備好狀態(tài). 　　根據(jù)我公司某類(lèi)別貨架冷彎產(chǎn)品的孔型設(shè)計(jì)規(guī)范、冷彎力的計(jì)算、機(jī)組的傳動(dòng)比及效率，確定冷彎?rùn)C(jī)組的主傳動(dòng)功率為132KW，當(dāng)按下運(yùn)行命令后，主電機(jī)首先帶動(dòng)冷彎軋輥以一定速度旋轉(zhuǎn)，當(dāng)成型貨架冷彎組件經(jīng)傳送軌道經(jīng)過(guò)孔位檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)位置時(shí)，發(fā)送通斷電信號(hào)傳遞給孔位數(shù)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)孔位數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)發(fā)出位置檢測(cè)信號(hào)，旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行一定距離的位置檢測(cè)并向PLC提供一定脈沖數(shù)，PLC檢測(cè)到設(shè)定的脈沖數(shù)后，向主電機(jī)發(fā)出減速、正反轉(zhuǎn)位置調(diào)整、停止命令，同時(shí)在主電機(jī)停止后向液壓順序控制閥發(fā)出切斷控制命令驅(qū)動(dòng)液壓剪進(jìn)行切斷操作。對(duì)于飛剪的切斷控制精度（一般飛剪的主動(dòng)力也來(lái)自冷彎?rùn)C(jī)組的主電機(jī)）：英國(guó)BS標(biāo)準(zhǔn)為0～+6，國(guó)內(nèi)企業(yè)設(shè)計(jì)制造精度高的也在±1左右，適應(yīng)于高速化的類(lèi)似焊管的冷彎件的生產(chǎn)，其設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)、工藝參數(shù)允許有大的波動(dòng)，而近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的由6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器實(shí)現(xiàn)的液壓停剪技術(shù)，特別適用于貨架冷彎組件的生產(chǎn)制造，其精度最高能控制在±0.1mm以?xún)?nèi)，一般生產(chǎn)控制精度為：±0.5mm左右，其生產(chǎn)主運(yùn)動(dòng)允許有高低速轉(zhuǎn)換變化。但當(dāng)具體產(chǎn)品對(duì)冷彎?rùn)C(jī)組的位置停準(zhǔn)精度要求提高后，這種開(kāi)環(huán)式的有級(jí)調(diào)速就不能滿(mǎn)足產(chǎn)品的位置精度控制要求而采用變頻無(wú)級(jí)調(diào)速閉環(huán)控制技術(shù)。對(duì)如此復(fù)雜的位置控制系統(tǒng)，變頻技術(shù)必須能克服以下技術(shù)問(wèn)題：（1）將復(fù)雜的電機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單化；（2）考慮位置旋轉(zhuǎn)編碼器反饋信號(hào)的延后和超調(diào)；（3）將冷彎軋制控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)參數(shù)描述成時(shí)變函數(shù)；實(shí)際上均采取位置比較和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試延時(shí)來(lái)簡(jiǎn)單化處理；（4）保證位置閉環(huán)的抗波動(dòng)能力高和即時(shí)調(diào)節(jié)性好（5）考慮前后工序速度匹配反饋信號(hào)的傳遞與控制上的協(xié)調(diào)；（5）、機(jī)械加工與配合精度等。 3 電氣設(shè)計(jì)、制作要點(diǎn): 　　由于6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器中含有很多對(duì)靜電很敏感的元器件，（如：晶閘管），其承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較差，設(shè)計(jì)選擇或操作使用不當(dāng)就會(huì)造成晶閘管變流器的永久性損壞，另外，根據(jù)工藝要求（手動(dòng)、自動(dòng)控制）以及為了充分挖掘6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器的PLC控制、通訊等功能，為了與冷彎型鋼生產(chǎn)線(xiàn)的整體控制電路上形成同一控制設(shè)計(jì)，關(guān)鍵元件的選擇很重要。 　　貨架冷彎成型設(shè)備的電氣拖動(dòng)主要是驅(qū)動(dòng)冷彎軋輥運(yùn)動(dòng)，其阻力矩TL取決于冷彎軋輥與鋼卷料之間的摩擦力FL與冷彎軋輥半徑r的乘積，即TL=FL×r。在這里，冷彎軋輥的半徑r是恒定不變的，摩擦力FL的大小與相應(yīng)的冷彎產(chǎn)品的孔型設(shè)計(jì)工藝水平、機(jī)組的傳動(dòng)效率和相關(guān)材料與軋輥間的摩擦系數(shù)等有關(guān)，與轉(zhuǎn)速高低關(guān)系不大。這是典型的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性（文獻(xiàn)2）。這類(lèi)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的快慢無(wú)關(guān)，所以在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速過(guò)程中，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩保持不變。在選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，除了按常規(guī)要求外，還根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的調(diào)速范圍、阻力矩TL的特點(diǎn)、對(duì)機(jī)械特性的要求等進(jìn)行選擇：有反饋的矢量變換控制方式應(yīng)用于冷彎成型機(jī)組和在線(xiàn)液壓停剪設(shè)備系統(tǒng)中，主要是為了實(shí)現(xiàn)位置定位和液壓停剪功能，目前可實(shí)現(xiàn)的位置控制精度可達(dá)到±0.1mm以上，精度越高其生產(chǎn)效率會(huì)明顯下降，甚至產(chǎn)生位置定位震蕩，我公司根據(jù)貨架產(chǎn)品的工藝特點(diǎn)，位置精度控制在±0.5mm左右較合適，當(dāng)然機(jī)組的冷彎成型功及功率計(jì)算的方法和依據(jù)也較多，如文獻(xiàn)1中推薦的經(jīng)驗(yàn)算法及由側(cè)堂理論推導(dǎo)的結(jié)果等，對(duì)于機(jī)組電氣拖動(dòng)主功率的選擇是十分關(guān)鍵的，其關(guān)聯(lián)的因素還有機(jī)械傳動(dòng)效率、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇及具體產(chǎn)品的冷彎孔型設(shè)計(jì)等。 　　當(dāng)使用濾波器時(shí)，為了在緩沖電路中解耦，在整流器輸入端必須使用進(jìn)線(xiàn)電抗器。磁場(chǎng)回路進(jìn)線(xiàn)電抗器用電機(jī)磁場(chǎng)額定電流選擇，電樞回路進(jìn)線(xiàn)電抗器用電機(jī)額定電流選擇。 　　為了保護(hù)6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器和電機(jī)及其周邊控制設(shè)備，必須嚴(yán)格按照EMC標(biāo)準(zhǔn)安裝，如：采用內(nèi)外保護(hù)接地，外部保護(hù)接零，弱電信號(hào)線(xiàn)、動(dòng)力線(xiàn)、速度反饋線(xiàn)屏蔽，屏蔽線(xiàn)與未屏蔽線(xiàn)分開(kāi)等，同時(shí)我們?cè)陔娍毓裰屑尤肓艘恍┛刂婆c保護(hù)設(shè)備，如：斷路器、快速熔斷器、交流接觸器、電抗器、信號(hào)隔離器等。 4 調(diào)試注意事項(xiàng)： 　　調(diào)試前應(yīng)收集有關(guān)電機(jī)的參數(shù)，如：電樞額定電壓、電樞額定電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、額定轉(zhuǎn)速等，然后按說(shuō)明書(shū)先引導(dǎo)調(diào)試，如果自?xún)?yōu)化不成功就手動(dòng)調(diào)試、設(shè)置。 　　用電位器手動(dòng)給定轉(zhuǎn)速時(shí)最大只能給定到1479轉(zhuǎn)，這是由于電位器給定電壓不正確造成的，不影響正常工作使用。且將多圈電位器的旋轉(zhuǎn)方向同直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向作相對(duì)應(yīng)調(diào)整。 　　從生產(chǎn)實(shí)際調(diào)查可知：控制器本身雖有許多保護(hù)功能，但長(zhǎng)期高壓會(huì)燒壞勵(lì)磁板，預(yù)防措施是在電源進(jìn)線(xiàn)端加接壓敏電阻（三角連接），這樣在過(guò)壓時(shí)，壓敏電阻吸收能量從而保護(hù)控制器。 　　生產(chǎn)過(guò)程中存在6RA28全數(shù)字的直流<