摘 要: 本文介紹了ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)在中板定尺剪機(jī)組中的應(yīng)用，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成、特點(diǎn)和調(diào)試。

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

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，安陽鋼鐵股份公司第二軋鋼廠在其新建精整線上增加了一臺(tái)定尺剪機(jī)組，用于鋼板在矯直后的頭尾剪切，達(dá)到進(jìn)一步提高質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。

2 定尺剪機(jī)組概述

定尺剪機(jī)組主要由對(duì)中裝置、前夾送輥裝置、定尺剪、料邊收集裝置等組成。當(dāng)鋼板由冷床運(yùn)送到定尺剪前輥道上，由剪前輥道將鋼板運(yùn)輸至前夾送輥約500mm處，設(shè)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口度狀態(tài)，剪前的鋼板通過五個(gè)呈線性運(yùn)動(dòng)的液壓對(duì)中裝置，將鋼板平移到一側(cè)。此后，剪前輥道將鋼板運(yùn)至超過前夾送輥400mm時(shí)，冷金屬檢測器發(fā)出信號(hào)，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度為止時(shí)，夾送輥、剪前、剪后工作輥道停止運(yùn)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(tái)入庫。

2.1 電氣傳動(dòng)及控制

（1） 定尺剪

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

（2） 夾送輥

單方向送料，頻繁起制動(dòng)。夾送輥分別由2臺(tái)22kW交流變頻電機(jī)傳動(dòng)兩個(gè)下夾送輥, 將鋼板導(dǎo)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(tái)電機(jī)由同步軸硬性連接。由兩套逆變器作主/從控制，2倍過載，直接轉(zhuǎn)矩控制，速度閉環(huán)。

（3） 輥道

頻繁起制動(dòng), 系統(tǒng)可逆。輥道由剪前輸入輥道和剪后輸出輥道組成，單電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，成組工作，標(biāo)量V/F控制。

2.2 .ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)

公共直流母線技術(shù)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上。當(dāng)系統(tǒng)工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，逆變器從母線上獲取電能;當(dāng)系統(tǒng)工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，能量通過母線及回饋裝置直接回饋給電網(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。

公共直流母線控制系統(tǒng)通常由整流/回饋單元、公共直流母線、逆變單元、控制單元等組成?；仞亞卧煞譃橥ㄟ^自耦變壓器的能量回饋和不通過自耦變壓器的能量回饋兩種方式。通過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(wěn)的直流電源;不通過自耦變壓器的能量回饋實(shí)際上是保持系統(tǒng)一直處在回饋狀態(tài)，在整流過程中依靠持續(xù)降低具有相角控制的中間回路的電壓來實(shí)現(xiàn)。

圖1 ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)的組成

多傳動(dòng)控制技術(shù)適用于很寬的功率范圍，可滿足各種應(yīng)用;采用公共DC母線為基礎(chǔ)的模塊式結(jié)構(gòu)可以組建經(jīng)濟(jì)、有效的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)可以集成到不同的現(xiàn)場總線上。采用DTC的異步電動(dòng)機(jī)交流多傳動(dòng)系統(tǒng)，在速度/轉(zhuǎn)矩控制模式下，擁有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能及過載能力，功率因數(shù)接近于1，無需功率補(bǔ)償設(shè)備，從而減小了變壓器容量;由于使用鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，其非電刷-滑環(huán)結(jié)構(gòu)，不僅降低了維護(hù)費(fèi)用，而且可實(shí)現(xiàn)交流傳動(dòng)的高效率、高可靠性。ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)主要由輔助控制單元（ACU）、進(jìn)線單元（ICU）、晶閘管供電單元（TSU）、直流母線、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(tǒng)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)線單元（ICU）、晶閘管供電單元（TSU）。ACU包括230VAC（115VAC）輔助電路（啟動(dòng)開關(guān)、急停開關(guān)、繼電器、230V電路的保護(hù)開關(guān)）和TSU I/O電路板; ICU主要為主斷路器（包括分?jǐn)嘣O(shè)備、負(fù)載電流ON/OFF開關(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(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2定尺剪系統(tǒng)架構(gòu)構(gòu)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(zhuǎn)換成DC電源，然后通過中間的直流母線將電能輸送給傳動(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(dāng)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。無論何時(shí)需要將電機(jī)制動(dòng)能量回饋給電網(wǎng)時(shí)，反橋就會(huì)將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。

3.2 自耦變壓器

在電網(wǎng)較弱、電源電纜很長、需要很高的制動(dòng)功率和需要快速轉(zhuǎn)換到制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，以及軋機(jī)、剪刀機(jī)和輥道等使用場合，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(cè)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(diào)整從而保證中間直流電路的電壓處于比較穩(wěn)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(chǔ)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(dǎo)通周期。晶閘管的換向重疊角并不是一個(gè)常數(shù)，在電流連續(xù)再生制動(dòng)情況下，觸發(fā)角取決于導(dǎo)線電感和換流時(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: 　

（1） 當(dāng)出現(xiàn)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?jǐn)?shù)）之和。

（2） 當(dāng)出現(xiàn)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?jǐn)?shù)）之差。

4 .ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)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關(guān)、CDP312R控制盤等。傳動(dòng)單元包括逆變器、冷卻風(fēng)機(jī)、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，它用來將中間回路直流電壓轉(zhuǎn)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(xù)流二極管的IGBT和直流電容，這6個(gè)帶續(xù)流二極管的IGBT集成一個(gè)單一的功率板。供電單元通過直流母線給逆變器供電。逆變器也能從直流母線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(hào)來自輔助控制單元，并有急停應(yīng)答信號(hào)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(yīng)用程序與電機(jī)控制板NAMC-22和標(biāo)準(zhǔn)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用電纜可與CDP-312R控制盤連接，通過5個(gè)光纖通訊通道（1個(gè)PPCS通道、4個(gè)DDCS通道）對(duì)逆變器進(jìn)行調(diào)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(shù)據(jù)傳送標(biāo)準(zhǔn)的專用電纜與CDP-312R控制盤連接，利用CDP-312R控制盤對(duì)逆變器進(jìn)行調(diào)試、參數(shù)設(shè)定、故障復(fù)位等操作和實(shí)際值顯示、故障監(jiān)控等功能。INI（INVERTER、Drive、逆變器光纖通道），通過光纖PPCS（功率板通訊系統(tǒng)，專用于ABB傳動(dòng)系統(tǒng)）通訊通道與逆變器內(nèi)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(jī)控制方案和控制模式

本系統(tǒng)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(hào)，當(dāng)MCW B0=1時(shí)，準(zhǔn)備接通，當(dāng)MCW B0=0時(shí)，不準(zhǔn)備接通; 主控制字中的B3為RUN信號(hào)，當(dāng)MCW B3=1時(shí)，進(jìn)入RDYREF狀態(tài)（允許運(yùn)行），當(dāng)MCW B3=0時(shí)，自由停車; 主控制字中的B4為RAMP_OUT_ZERO信號(hào)，當(dāng)MCW B4=1時(shí)，無動(dòng)作，當(dāng)MCW B4=0時(shí)，強(qiáng)制速度積分的輸出為零;主控制字中的B5為RAMP_HOLD信號(hào)，當(dāng)MCW B5=1時(shí)，無動(dòng)作，當(dāng)MCW B5=0時(shí)，停止速度積分;主控制字中的B6為RAMP-IN-ZERO信號(hào)，當(dāng)MCW B6=1時(shí)，無動(dòng)作，當(dāng)MCW B6=0時(shí)，強(qiáng)制速度積分的輸入為零。主狀態(tài)字中的B0為RDYON信號(hào)，當(dāng)MSW B0=1時(shí)，準(zhǔn)備接通，當(dāng)MSW B0=0時(shí)，不準(zhǔn)備接通; 主狀態(tài)字中的B1為RDYRUN信號(hào)，當(dāng)MSW B1=1時(shí)，準(zhǔn)備，當(dāng)MSW B1=0時(shí)，不準(zhǔn)備; 主狀態(tài)字中的B2為RDYREF信號(hào)，當(dāng)MSW B2=1時(shí)，允許運(yùn)行（RUNNING），當(dāng)MSW B2=0時(shí)，禁止運(yùn)行; 主狀態(tài)字中的B3為TRIPPED信號(hào)，當(dāng)MSW B3=1時(shí)，為故障狀態(tài)。系統(tǒng)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MCW的B0、B3和B6啟/停電機(jī)，其中，MCW的B6起到接通/斷開給定信號(hào)通道的作用; 當(dāng)MCW的B0=B3=B6=1時(shí)，電機(jī)啟動(dòng); 要使電機(jī)正常停止，應(yīng)首先使MCW的B6=0，以切斷給定信號(hào)，使ASW的B11=1，然后，通過ASW的B11=1，使MCW的B3=0、MCW的B0=0，使電機(jī)停止; 如果直接使MCW的B0=0，則會(huì)造成電機(jī)急停，各逆變器的參數(shù)21.04（EME STOP MODE）均設(shè)為STOP RAMPING。當(dāng)MSW的B0=1、MCW的B0=1、MSW的B1=1、MCW的B3=1時(shí)，電機(jī)開始運(yùn)行; 當(dāng)MCW的B0=1、MCW的B3=1時(shí)，使MSW的B2=1，則進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)MSW的B3=1時(shí)，系統(tǒng)處于故障狀態(tài)。

4.4主/從控制負(fù)荷平衡

主/從應(yīng)用宏主要用于電機(jī)軸通過齒輪、鏈條、皮帶輪等耦合的系統(tǒng)中。主機(jī)通過一條光纖串行通信連接控制著從機(jī)。主機(jī)是典型的速度控制，其他的傳動(dòng)系統(tǒng)跟隨它的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速。當(dāng)主機(jī)的電機(jī)軸和從機(jī)的電機(jī)軸通過齒輪或鏈條等剛性耦合并且它們之間沒有轉(zhuǎn)速差時(shí)，從機(jī)采用轉(zhuǎn)矩控制。主/從傳動(dòng)系統(tǒng)通過DDCS板的CH2進(jìn)行連接。在通訊中，一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)可以被設(shè)置為主機(jī)或者從機(jī)。通常情況下，速度控制的主傳動(dòng)系統(tǒng)被設(shè)置成通訊主機(jī)。連接是通過上位機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用程序來配置的（參數(shù)70.08 CH2 M/F MODE）。在主傳動(dòng)系統(tǒng)中，通過參數(shù)70.08 CH2 M/F MODE選擇主機(jī)為主傳動(dòng)模式，給定轉(zhuǎn)矩源地址2.10 TORQ REF 3由參數(shù)70.11 MASTER REF3定義。如果通過參數(shù)70.08 CH2 M/F MODE選擇從機(jī)為從傳動(dòng)模式，則主機(jī)的2.10 TORQ REF3通過數(shù)據(jù)集41被發(fā)送到從機(jī)的25.01 TORQUE REF A中，作為從機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)。本系統(tǒng)使用的主/從傳動(dòng)中，從傳動(dòng)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)矩控制，接收從主傳動(dòng)系統(tǒng)來的轉(zhuǎn)矩給定。在主/從傳動(dòng)系統(tǒng)中，只有主傳動(dòng)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速環(huán)，因此，此轉(zhuǎn)速環(huán)為主/從傳動(dòng)系統(tǒng)的共用轉(zhuǎn)速環(huán)。

5.ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)部分的調(diào)試

5.1 建立電機(jī)模型

變頻器DTC控制需要精確的電機(jī)模型，ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)逆變器具有獨(dú)特的電機(jī)辨識(shí)功能，在辨識(shí)運(yùn)行中，將通過監(jiān)測電機(jī)對(duì)所施加的電源的響應(yīng)建立精確的電機(jī)模型，辨識(shí)電機(jī)的特性以尋找最優(yōu)的電機(jī)控制策略。將電機(jī)的基本數(shù)據(jù)輸入到逆變器后，以手動(dòng)方式啟動(dòng)電機(jī)ID辨識(shí)運(yùn)行。在電機(jī)辨識(shí)運(yùn)行期間，ACS800將識(shí)別電機(jī)特性，便于電機(jī)的優(yōu)化控制。電機(jī)運(yùn)行速度將達(dá)到額定速度的50%～80%。在完成電機(jī)的辨識(shí)運(yùn)行前，要確保電機(jī)的安全運(yùn)行。選擇標(biāo)準(zhǔn)辨識(shí)，將機(jī)械設(shè)備與電機(jī)分離;檢查電機(jī)的啟動(dòng)是否會(huì)引起危險(xiǎn); 啟動(dòng)電機(jī); 在辨識(shí)運(yùn)行完成后，電機(jī)停止; 當(dāng)辨識(shí)運(yùn)行成功完成。

5.2調(diào)試結(jié)果

經(jīng)調(diào)試，各臺(tái)電機(jī)啟/停自如，動(dòng)、靜態(tài)性能良好。定尺剪機(jī)組各部分聯(lián)鎖、工作情況和系統(tǒng)指標(biāo)、鋼板剪切質(zhì)量和剪切速度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語

ABB公司的ACS800多傳動(dòng)系統(tǒng)具有的高品質(zhì)，以及與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了交流傳動(dòng)的高效率、高可靠性。定尺剪機(jī)組及相應(yīng)的板邊剪切機(jī)、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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