摘 要: 本文介紹了ACS800多傳動(dòng)系統在中板定尺剪機組中的應用，并詳細介紹了該系統的構成、特點(diǎn)和調試。

　　關(guān)鍵詞: 直接轉矩控制（DTC控制） 多傳動(dòng)系統 直流母線(xiàn)

　　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(yáng)鋼鐵股份公司第二軋鋼廠(chǎng)在其新建精整線(xiàn)上增加了一臺定尺剪機組，用于鋼板在矯直后的頭尾剪切，達到進(jìn)一步提高質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。

　　2 定尺剪機組概述

　　定尺剪機組主要由對中裝置、前夾送輥裝置、定尺剪、料邊收集裝置等組成。當鋼板由冷床運送到定尺剪前輥道上，由剪前輥道將鋼板運輸至前夾送輥約500mm處，設在剪前的冷金屬檢測器動(dòng)作，鋼板自動(dòng)停止，此時(shí)前夾送輥處于最大開(kāi)口度狀態(tài)，剪前的鋼板通過(guò)五個(gè)呈線(xiàn)性運動(dòng)的液壓對中裝置，將鋼板平移到一側。此后，剪前輥道將鋼板運至超過(guò)前夾送輥400mm時(shí)，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(dòng)把鋼板頭切掉;然后夾送輥、剪前、剪后工作輥道同步啟動(dòng)，將鋼板送到指定尺寸長(cháng)度為止時(shí)，夾送輥、剪前、剪后工作輥道停止運行，定尺剪啟動(dòng)把鋼板尾切掉，然后夾送輥、剪前、剪后工作輥道同步啟動(dòng)把鋼板送至收集臺入庫。

　　2.1 電氣傳動(dòng)及控制

　?。?） 定尺剪

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

　?。?） 夾送輥

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

　?。?） 輥道

　　頻繁起制動(dòng), 系統可逆。輥道由剪前輸入輥道和剪后輸出輥道組成，單電機單獨傳動(dòng)，成組工作，標量V/F控制。

　　2.2 .ACS800多傳動(dòng)系統

　　公共直流母線(xiàn)技術(shù)是在多電機交流調速系統中，采用單獨的整流/回饋裝置為系統提供一定功率的直流電源，調速用逆變器直接掛接在直流母線(xiàn)上。當系統工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，逆變器從母線(xiàn)上獲取電能;當系統工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，能量通過(guò)母線(xiàn)及回饋裝置直接回饋給電網(wǎng)，以達到節能、提高設備運行可靠性、減少設備維護量和設備占地面積等目的。

　　公共直流母線(xiàn)控制系統通常由整流/回饋單元、公共直流母線(xiàn)、逆變單元、控制單元等組成?；仞亞卧煞譃橥ㄟ^(guò)自耦變壓器的能量回饋和不通過(guò)自耦變壓器的能量回饋兩種方式。通過(guò)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(guò)程中不必降低中間回路電壓，使得逆變器能夠獲得一個(gè)較恒穩的直流電源;不通過(guò)自耦變壓器的能量回饋實(shí)際上是保持系統一直處在回饋狀態(tài)，在整流過(guò)程中依靠持續降低具有相角控制的中間回路的電壓來(lái)實(shí)現。

圖1 ACS800多傳動(dòng)系統的組成

　　多傳動(dòng)控制技術(shù)適用于很寬的功率范圍，可滿(mǎn)足各種應用;采用公共DC母線(xiàn)為基礎的模塊式結構可以組建經(jīng)濟、有效的系統結構。ACS800多傳動(dòng)系統可以集成到不同的現場(chǎng)總線(xiàn)上。采用DTC的異步電動(dòng)機交流多傳動(dòng)系統，在速度/轉矩控制模式下，擁有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能及過(guò)載能力，功率因數接近于1，無(wú)需功率補償設備，從而減小了變壓器容量;由于使用鼠籠式異步電動(dòng)機，其非電刷-滑環(huán)結構，不僅降低了維護費用，而且可實(shí)現交流傳動(dòng)的高效率、高可靠性。ACS800多傳動(dòng)系統主要由輔助控制單元（ACU）、進(jìn)線(xiàn)單元（ICU）、晶閘管供電單元（TSU）、直流母線(xiàn)、傳動(dòng)單元和控制部分等組成，如圖1所示。

　　3. ACS800多傳動(dòng)系統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(xiàn)單元（ICU）、晶閘管供電單元（TSU）。ACU包括230VAC（115VAC）輔助電路（啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、急停開(kāi)關(guān)、繼電器、230V電路的保護開(kāi)關(guān)）和TSU I/O電路板; ICU主要為主斷路器（包括分斷設備、負載電流ON/OFF開(kāi)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。系統架構如圖2所示。

圖2定尺剪系統架構構成

　　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(gè)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電源轉換成DC電源，然后通過(guò)中間的直流母線(xiàn)將電能輸送給傳動(dòng)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。當功率容量大于525kVA，如果不需要較大的制動(dòng)功率，逆變橋的容量可以比整流橋的容量小一檔。無(wú)論何時(shí)需要將電機制動(dòng)能量回饋給電網(wǎng)時(shí)，反橋就會(huì )將直流電轉換成交流電。

　　3.2 自耦變壓器

　　在電網(wǎng)較弱、電源電纜很長(cháng)、需要很高的制動(dòng)功率和需要快速轉換到制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，以及軋機、剪刀機和輥道等使用場(chǎng)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(dòng)的能力，使其在制動(dòng)時(shí)，直流側的電壓保持在100%的水平。

　　3.3 晶閘管供電單元的控制

　　在某一時(shí)刻僅有一個(gè)橋工作，而另一個(gè)橋必須處于封鎖狀態(tài)。觸發(fā)角自動(dòng)進(jìn)行調整從而保證中間直流電路的電壓處于比較穩定的水平。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(gè)導通周期。晶閘管的換向重疊角并不是一個(gè)常數，在電流連續再生制動(dòng)情況下，觸發(fā)角取決于導線(xiàn)電感和換流時(shí)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:

　?。?） 當出現以下情況時(shí), 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(guò)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數）之和。

　?。?） 當出現以下情況時(shí), 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數）之差。

　　4 .ACS800多傳動(dòng)系統中的傳動(dòng)部分

　　傳動(dòng)部分包括逆變器單元、DC熔斷器或一個(gè)帶充電回路的熔斷開(kāi)關(guān)、CDP312R控制盤(pán)等。傳動(dòng)單元包括逆變器、冷卻風(fēng)機、傳動(dòng)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(lái)將中間回路直流電壓轉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(gè)帶續流二極管的IGBT和直流電容，這6個(gè)帶續流二極管的IGBT集成一個(gè)單一的功率板。供電單元通過(guò)直流母線(xiàn)給逆變器供電。逆變器也能從直流母線(xiàn)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(lái)自輔助控制單元，并有急停應答信號回饋輔助控制單元。

　　4.2 傳動(dòng)控制單元（RDCU-01）

　　傳動(dòng)控制單元RDCU-01,包括應用程序與電機控制板NAMC-22和標準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(zhuān)用電纜可與CDP-312R控制盤(pán)連接，通過(guò)5個(gè)光纖通訊通道（1個(gè)PPCS通道、4個(gè)DDCS通道）對逆變器進(jìn)行調試、控制。X3（控制面板接口、CONTROL PANEL），NAMC-22板從該接口使用符合RS-485數據傳送標準的專(zhuān)用電纜與CDP-312R控制盤(pán)連接，利用CDP-312R控制盤(pán)對逆變器進(jìn)行調試、參數設定、故障復位等操作和實(shí)際值顯示、故障監控等功能。INI（INVERTER、Drive、逆變器光纖通道），通過(guò)光纖PPCS（功率板通訊系統，專(zhuān)用于A(yíng)BB傳動(dòng)系統）通訊通道與逆變器內部的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電機控制方案和控制模式

　　本系統只使用了主控制字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MCW B0=1時(shí)，準備接通，當MCW B0=0時(shí)，不準備接通; 主控制字中的B3為RUN信號，當MCW B3=1時(shí)，進(jìn)入RDYREF狀態(tài)（允許運行），當MCW B3=0時(shí)，自由停車(chē); 主控制字中的B4為RAMP_OUT_ZERO信號，當MCW B4=1時(shí)，無(wú)動(dòng)作，當MCW B4=0時(shí)，強制速度積分的輸出為零;主控制字中的B5為RAMP_HOLD信號，當MCW B5=1時(shí)，無(wú)動(dòng)作，當MCW B5=0時(shí)，停止速度積分;主控制字中的B6為RAMP-IN-ZERO信號，當MCW B6=1時(shí)，無(wú)動(dòng)作，當MCW B6=0時(shí)，強制速度積分的輸入為零。主狀態(tài)字中的B0為RDYON信號，當MSW B0=1時(shí)，準備接通，當MSW B0=0時(shí)，不準備接通; 主狀態(tài)字中的B1為RDYRUN信號，當MSW B1=1時(shí)，準備，當MSW B1=0時(shí)，不準備; 主狀態(tài)字中的B2為RDYREF信號，當MSW B2=1時(shí)，允許運行（RUNNING），當MSW B2=0時(shí)，禁止運行; 主狀態(tài)字中的B3為T(mén)RIPPED信號，當MSW B3=1時(shí)，為故障狀態(tài)。系統上電后，在MCW的B4和B5均為1的情況下，如控制端子DI2=1，通過(guò)MCW的B0、B3和B6啟/停電機，其中，MCW的B6起到接通/斷開(kāi)給定信號通道的作用; 當MCW的B0=B3=B6=1時(shí)，電機啟動(dòng); 要使電機正常停止，應首先使MCW的B6=0，以切斷給定信號，使ASW的B11=1，然后，通過(guò)ASW的B11=1，使MCW的B3=0、MCW的B0=0，使電機停止; 如果直接使MCW的B0=0，則會(huì )造成電機急停，各逆變器的參數21.04（EME STOP MODE）均設為STOP RAMPING。當MSW的B0=1、MCW的B0=1、MSW的B1=1、MCW的B3=1時(shí)，電機開(kāi)始運行; 當MCW的B0=1、MCW的B3=1時(shí)，使MSW的B2=1，則進(jìn)入運行狀態(tài)。當MSW的B3=1時(shí)，系統處于故障狀態(tài)。

　　4.4主/從控制負荷平衡

　　主/從應用宏主要用于電機軸通過(guò)齒輪、鏈條、皮帶輪等耦合的系統中。主機通過(guò)一條光纖串行通信連接控制著(zhù)從機。主機是典型的速度控制，其他的傳動(dòng)系統跟隨它的轉矩或轉速。當主機的電機軸和從機的電機軸通過(guò)齒輪或鏈條等剛性耦合并且它們之間沒(méi)有轉速差時(shí)，從機采用轉矩控制。主/從傳動(dòng)系統通過(guò)DDCS板的CH2進(jìn)行連接。在通訊中，一個(gè)傳動(dòng)系統可以被設置為主機或者從機。通常情況下，速度控制的主傳動(dòng)系統被設置成通訊主機。連接是通過(guò)上位機系統中的應用程序來(lái)配置的（參數70.08 CH2 M/F MODE）。在主傳動(dòng)系統中，通過(guò)參數70.08 CH2 M/F MODE選擇主機為主傳動(dòng)模式，給定轉矩源地址2.10 TORQ REF 3由參數70.11 MASTER REF3定義。如果通過(guò)參數70.08 CH2 M/F MODE選擇從機為從傳動(dòng)模式，則主機的2.10 TORQ REF3通過(guò)數據集41被發(fā)送到從機的25.01 TORQUE REF A中，作為從機的轉矩給定信號。本系統使用的主/從傳動(dòng)中，從傳動(dòng)系統采用轉矩控制，接收從主傳動(dòng)系統來(lái)的轉矩給定。在主/從傳動(dòng)系統中，只有主傳動(dòng)系統有轉速環(huán)，因此，此轉速環(huán)為主/從傳動(dòng)系統的共用轉速環(huán)。

　　5.ACS800多傳動(dòng)系統傳動(dòng)部分的調試

　　5.1 建立電機模型 變頻器DTC控制需要精確的電機模型，ACS800多傳動(dòng)系統逆變器具有獨特的電機辨識功能，在辨識運行中，將通過(guò)監測電機對所施加的電源的響應建立精確的電機模型，辨識電機的特性以尋找最優(yōu)的電機控制策略。將電機的基本數據輸入到逆變器后，以手動(dòng)方式啟動(dòng)電機ID辨識運行。在電機辨識運行期間，ACS800將識別電機特性，便于電機的優(yōu)化控制。電機運行速度將達到額定速度的50%～80%。在完成電機的辨識運行前，要確保電機的安全運行。選擇標準辨識，將機械設備與電機分離;檢查電機的啟動(dòng)是否會(huì )引起危險; 啟動(dòng)電機; 在辨識運行完成后，電機停止; 當辨識運行成功完成。

　　5.2調試結果

　　經(jīng)調試，各臺電機啟/停自如，動(dòng)、靜態(tài)性能良好。定尺剪機組各部分聯(lián)鎖、工作情況和系統指標、鋼板剪切質(zhì)量和剪切速度均達到設計要求。

　　6 結束語(yǔ)

　　ABB公司的ACS800多傳動(dòng)系統具有的高品質(zhì)，以及與鼠籠式異步電動(dòng)機相結合，實(shí)現了交流傳動(dòng)的高效率、高可靠性。定尺剪機組及相應的板邊剪切機、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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