鉗型吊是鋼鐵企業(yè)初軋開(kāi)坯工序中的主要設(shè)備。本文系統(tǒng)描述了直流調(diào)速原理、Mentor II全數(shù)字驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn),將Mentor II應(yīng)用在鉗型吊電氣系統(tǒng)上，改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、維護(hù)容易,系統(tǒng)損耗減少,生產(chǎn)率大大提高。具有良好的市場(chǎng)推廣前景。 1 前言 鉗型吊是初軋開(kāi)坯工序中的主要設(shè)備，用于在均熱爐上方吊裝冷熱鋼胚，溫度高、金屬粉塵大、負(fù)載重、震動(dòng)大，因而對(duì)電控設(shè)備的要求高。舞陽(yáng)鋼鐵公司軋鋼廠鉗型吊電氣系統(tǒng)原為6KV/170V通過(guò)固定整流成220V直流,引上滑道,再送往鉗型吊控制柜。各機(jī)構(gòu)通過(guò)串接電阻分段調(diào)速，電機(jī)正反向及各段速度通過(guò)司機(jī)室的主令控制器驅(qū)動(dòng)各段主接觸器及中繼來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方式接觸器多，電阻多，接觸器頻繁操作故障率高。電阻多能耗大，溫度高。我國(guó)現(xiàn)有的鉗型吊均采用直流滑道串電阻調(diào)速，控制電路簡(jiǎn)單，但切換電阻的開(kāi)關(guān)故障率高，能耗大，且速度調(diào)節(jié)非平滑，運(yùn)行不穩(wěn)定。在當(dāng)前的生產(chǎn)形勢(shì)下，該控制方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了高效大規(guī)模生產(chǎn)的需要。 鉗型吊電氣系統(tǒng)全數(shù)字改造的整體思想是：取消原所有的接觸器，調(diào)速電阻，制動(dòng)電阻。在鉗型吊上直接安裝MentorII全數(shù)字驅(qū)動(dòng)器直流調(diào)速裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)加在各電機(jī)兩端的電壓來(lái)調(diào)節(jié)速度。從而使系統(tǒng)改造為數(shù)字系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，性能穩(wěn)定，抗高溫，抗粉塵，抗震動(dòng)，平滑調(diào)節(jié)速度，運(yùn)行穩(wěn)定。 2 直流調(diào)速原理 單相電源給一個(gè)可控硅全控橋供電，在電阻負(fù)載上所產(chǎn)生的電流是斷續(xù)的。當(dāng)可控硅被觸發(fā)時(shí)有電流，當(dāng)電源電壓在每半個(gè)周期過(guò)零時(shí)電流消失。當(dāng)觸發(fā)角完全推前時(shí)整流橋得到最大電壓輸當(dāng)觸發(fā)角完全推前時(shí)整流橋得到最大電壓輸出，即圖1中的α變?yōu)?。觸發(fā)角后移時(shí)電流輸出減少。當(dāng)負(fù)載是感性時(shí)，如電機(jī)，或者觸發(fā)角充分推前時(shí)電流變?yōu)檫B續(xù)，見(jiàn)圖1。電流基波滯后于電壓，一部分原因是負(fù)載的電感特性，另一部分原因是觸發(fā)角延遲。 圖1 給高感抗負(fù)載供電的單相可控硅全控橋特性 α=可控硅觸發(fā)角 有兩種方法使電機(jī)反向，這依賴于驅(qū)動(dòng)器整流橋的配置。最簡(jiǎn)單的三相全控橋沒(méi)有輸出極性反向的能力。此種類型叫單象限或不可逆。對(duì)于要求能在兩個(gè)方面完全控制電機(jī)，能快速頻繁地改變轉(zhuǎn)矩方向的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，必須采用雙橋反并聯(lián)系統(tǒng)，見(jiàn)圖2。此配置不需要倒向接觸器，能完全控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)及正反向制動(dòng)，稱為4象限或可逆驅(qū)動(dòng)器，見(jiàn)圖3。若不可逆驅(qū)動(dòng)器要求制動(dòng)，必須外加能耗制動(dòng)電路。 不管驅(qū)動(dòng)器是單象限還是四象限的，電機(jī)響應(yīng)都基本上是輸出電壓的函數(shù)，輸出電壓又由可控硅橋的觸發(fā)角決定，而觸發(fā)角可以精確控制。電機(jī)響應(yīng)的質(zhì)量依賴與驅(qū)動(dòng)邏輯接收、解釋和處理與電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)及其要求狀態(tài)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)的能力。這些數(shù)據(jù)有些來(lái)自外部源，如速度給定、轉(zhuǎn)矩給定、速度反饋等，有些來(lái)自驅(qū)動(dòng)邏輯本身，如輸出電壓和電流電壓和電流，以及不同階段邏輯系統(tǒng)要求的條件。邏輯系統(tǒng)需要一系列指令使得它能夠完成訪問(wèn)、處理及觸發(fā)控制信號(hào)產(chǎn)生的全過(guò)程。指令以數(shù)據(jù)形式提供，根據(jù)電機(jī)應(yīng)用的特定操作要求，數(shù)據(jù)又分解為各個(gè)數(shù)值即參數(shù)。在給定的工業(yè)應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)器的特性由用戶設(shè)定參數(shù)及內(nèi)部監(jiān)視參數(shù)設(shè)定，參數(shù)包含了所以與電機(jī)性能相關(guān)的重要因素，因而用戶通過(guò)設(shè)置驅(qū)動(dòng)器能準(zhǔn)確地滿足具體應(yīng)用的要求。參數(shù)還可進(jìn)一步提供通訊、保密和其它的功能。 3 MentorII全數(shù)字驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)及參數(shù)設(shè)置 MentorII是英國(guó)CT（CONTROL TECHNIQUES）公司最新的工業(yè)用全數(shù)字化直流驅(qū)動(dòng)器，是把可控硅、驅(qū)動(dòng)電路、單片微機(jī)控制器等分層集于一體的控制裝置,體積小,功能強(qiáng)。它采用微處理器為核心，操作指令及運(yùn)行參數(shù)可由面板或串型口輸入、設(shè)定及修改，并受三級(jí)密碼字保護(hù)，所有模擬輸入及大多數(shù)數(shù)字量輸入用戶可自編程。Mentor II全數(shù)字驅(qū)動(dòng)器作為控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)行兩象限（單向） 或四象限（可逆） 運(yùn)行的核心部件, 其結(jié)構(gòu)緊湊, 控制功能完全由微處理器實(shí)現(xiàn), 屬于全新概念的第二代全數(shù)字直流調(diào)速傳動(dòng)產(chǎn)品。與模擬系統(tǒng)相比具有許多先進(jìn)的功能, 復(fù)雜的控制算法是模擬系統(tǒng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。它具有傳動(dòng)應(yīng)用所需的功能和模塊: 卷取控制模塊、PID 控制模塊、數(shù)字斜率功能、多機(jī)拖動(dòng)控制、點(diǎn)動(dòng)/爬行控制、零速位置環(huán)等; 具有失相、過(guò)流、失磁、反饋丟失、可控硅模塊超溫、電機(jī)超溫等故障自診斷以及記憶和顯示裝置內(nèi)部狀態(tài)的能力; 三種反饋方式（電樞電壓、測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電編碼器） 可供選擇; 還可以通過(guò)串行口（RS485） 受上位機(jī)（計(jì)算機(jī)或PLC） 控制, 與多臺(tái)傳動(dòng)裝置進(jìn)行組態(tài)、通信, 形成集中控制等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它同時(shí)具有完善的故障自診斷功能,高可靠性和好的價(jià)格性能比?？蓪?shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩均衡、張力、位置等多種復(fù)雜控制。 全數(shù)字系統(tǒng)的控制是通過(guò)對(duì)其參數(shù)賦值來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 一般參數(shù)涉及的數(shù)量很大。Mentor II全數(shù)字直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)器輸出電流范圍為25～1850A,將參數(shù)按功能以菜單目錄的形式分為十六項(xiàng)（00.XX - 16. XX） , 這十六項(xiàng)小數(shù)點(diǎn)后的XX表示每一功能的具體項(xiàng)。例如: 01. 06, 01 表示給定, 06 代表最大正向速度（數(shù)值范圍: 0-+ 1000, 缺省值01. 06= + 1000） 也就是說(shuō)每個(gè)菜單都涉及一組詳細(xì)功能或邏輯。由于機(jī)內(nèi)提供一整套自定算法, 可自動(dòng)計(jì)算出控制裝置和電機(jī)組成一體后的電流環(huán)的P參數(shù)、I參數(shù)、電機(jī)的機(jī)電常數(shù)及電流斷續(xù)點(diǎn), 從而使系統(tǒng)能獲得最佳的動(dòng)態(tài)特性, 這就大大地縮短了調(diào)試時(shí)間。這一功能的實(shí)現(xiàn),只需在操作鍵上作一些相應(yīng)的設(shè)置就行。同時(shí)通過(guò)裝置控制面板或上位機(jī)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)配置的通訊接口可容易地設(shè)置驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)設(shè)定10個(gè)或更少的參數(shù)可快速設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，并且利用控制面板上的5個(gè)按鍵配合功能菜單可全面顯示驅(qū)動(dòng)裝置的技術(shù)參數(shù)，驅(qū)動(dòng)器還設(shè)置了各種故障的代碼，若驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障，索引窗口將顯示故障碼，數(shù)據(jù)信息將閃爍，數(shù)據(jù)窗口顯示故障原因的英文縮寫。 圖2 晶閘管反并聯(lián)電路用 圖3 四象限運(yùn)行的直流電機(jī)的力矩-速度 4 MentorII在鉗型吊電氣系統(tǒng)上的應(yīng)用 4.1 系統(tǒng)構(gòu)成 舞陽(yáng)鋼鐵公司軋鋼廠鉗型吊電氣系統(tǒng)包括主鉤、副鉤、大車、小車、夾鉗回轉(zhuǎn)、夾鉗開(kāi)閉、主鉤緊急提升等系統(tǒng)，各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都使用直流電機(jī)。選用的Mentor II直流驅(qū)動(dòng)器其額定電流應(yīng)放大一至兩擋。如125KW直流電機(jī)，其額定電流約315A,應(yīng)選用輸出額定連續(xù)電流為825A的M825R。鉗型吊電氣系統(tǒng)控制柜圖如圖4所示。 4.2 MentorII選型 （1）主鉤兩臺(tái)電機(jī)型號(hào)為ZZJ-812，90KW。額定電流410A，額定電壓220V。改造采用額定電流改造采用額定電流為825A的裝置M825R。兩臺(tái)電機(jī)串聯(lián)運(yùn)行，輸出電壓從0∽440V可調(diào)。最大電流可以達(dá)到1250A 30S。 （2）大車四臺(tái)電機(jī)型號(hào)為ZZ0-62，48KW。額定電流218A，額定電壓220V。改造采用額定電流為825A的裝置M825R兩臺(tái)。兩臺(tái)電機(jī)串聯(lián)一組由一個(gè)控制器控制運(yùn)行，輸出電壓從0∽440V可調(diào)。最大電流可以達(dá)到1250A 30S。 （3）副鉤一臺(tái)電機(jī)型號(hào)為ZZJ-62，50KW。額定電流227A，額定電壓220V。改造采用額定電流為550A的裝置M550R一臺(tái)。電機(jī)由一個(gè)控制器控制運(yùn)行，輸出電壓從0∽220V可調(diào)。最大電流可以達(dá)到825A 30S。 （4）小車一臺(tái)電機(jī)型號(hào)為ZZJH-72，48KW。額定電流218A，額定電壓220V。改造采用額定電流為550A的裝置M550R一臺(tái)。電機(jī)由一個(gè)控制器控制運(yùn)行，輸出電壓從0∽220V可調(diào)。最大電流可以達(dá)到825A 30S。 （5）夾鉗回轉(zhuǎn)一臺(tái)電機(jī)型號(hào)為ZZY-42，23KW。額定電流105A，額定電壓220V。改造采用額定電流為550A的裝置M550R一臺(tái)。電機(jī)由一個(gè)控制器控制運(yùn)行，輸出電壓從0∽220V可調(diào)。最大電流可以達(dá)到825A 30S。 （6）夾鉗開(kāi)閉一臺(tái)電機(jī)型號(hào)為ZZJH-72KW。額定電流318A，額定電壓220V。改造采用額定電流為825A的裝置M825R一臺(tái)。電機(jī)由一個(gè)控制器控制運(yùn)行，輸出電壓從0∽220V可調(diào)。最大電流可以達(dá)到1250A 30S。 圖4 鉗型吊電氣系統(tǒng)控制柜圖 控制系統(tǒng)程序菜單 4.3 定義速度給定 參數(shù)（07.15） = 01.17，端子3 給定值送參數(shù)01.17,參數(shù)（08116）= 01.14 , （01.14） = 1 （負(fù)邏輯） ,01.18 作為速度給定（ 零速給定） , 設(shè)定（ 01.18） = 0,（01.14） = 0 ,01.17 作為速度給定,利用端子接（0 V） 控制正反轉(zhuǎn)和正反向點(diǎn)動(dòng)。 控制系統(tǒng)程序菜單如圖5所示。 4.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及菜單流程分析 對(duì)MentorII進(jìn)行調(diào)試前，應(yīng)搜集電機(jī)有關(guān)參數(shù)，如電機(jī)滿載電流、電樞電壓、勵(lì)磁電流、基速、速度反饋方式等，然后方可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與修改。利用面板上的小鍵盤進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。 （1）電流信號(hào)4～20mA給定模擬端子3輸入，電位器信號(hào)0～10V由端子4輸入，通過(guò)菜單7對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行編輯至1.17～1.20,速度值也可通過(guò)Mentor II控制鍵輸入數(shù)字。 （2）02.24，02.25，02.26，02.27參數(shù)：設(shè)定加速、減速時(shí)間，根據(jù)工藝要求，設(shè)定四個(gè)參數(shù)分別為26、26、27、28。 （3）03.09參數(shù)：設(shè)定速度調(diào)節(jié)器比例因子P，增加該參數(shù)則增加了系統(tǒng)阻尼及動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，對(duì)一定負(fù)載的系統(tǒng)，P太大則引起不穩(wěn)定，最優(yōu)設(shè)定值即是將要不穩(wěn)定的臨界值40。 （4）03.10參數(shù)：為速度環(huán)的積分因子I，增加該參數(shù)則增加系統(tǒng)受干擾后的恢復(fù)速率，加大靈活性，I太大則速度趨震蕩，最優(yōu)設(shè)定值為震蕩前的臨界值30。 （5）03.15參數(shù)：電壓限。設(shè)定為440V （6）03.13參數(shù)：反饋選擇，考慮工藝要求，將反饋方式設(shè)為電樞電壓反饋，設(shè)定值為1。 （7）08.16，08.17，08.18，08.19參數(shù)：定義外部邏輯輸入的目的參數(shù)，僅當(dāng)RESET后該設(shè)定才有效。分別設(shè)為112，114，115，113。 （8）08.26參數(shù)：對(duì)F6輸入邏輯取反，設(shè)定值為1。 （9）10.29參數(shù)：當(dāng)檢測(cè)到失磁時(shí)不切斷驅(qū)動(dòng)器，設(shè)定值為1。 （10）12.03，12.04，12.05，12.07參數(shù)：可編程閾值。分別設(shè)定為707，086，002，1034。 （11）07.07參數(shù)：環(huán)境溫度設(shè)定為40。 （12）通過(guò)菜單10可以隨時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)和故障信息，10.25-10.28是最近4次的故障代碼。 5 使用中應(yīng)注意的問(wèn)題 MentorII全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)器額定環(huán)境溫度為40c,額定最高海拔高度為1000m,濕度要求無(wú)凝結(jié)。驅(qū)動(dòng)器應(yīng)安裝于金屬柜內(nèi)，驅(qū)動(dòng)器四周至少留出100mm的空間以利撒熱；柜內(nèi)要求安裝風(fēng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)器的電源輸入端、輸出端、控制線及其內(nèi)部某些部分存在高電壓，只要驅(qū)動(dòng)器上過(guò)電，應(yīng)至少等待2min，讓電容器完全放電后再工作，以免被電擊。 直流驅(qū)動(dòng)器會(huì)在電源中產(chǎn)生諧波，對(duì)電網(wǎng)造成不良影響，應(yīng)在裝置交流側(cè)安裝進(jìn)線電抗器抑制諧波，并在進(jìn)線側(cè)安裝可控硅專用快速熔斷器保護(hù)可控硅。 6.結(jié)語(yǔ) 改造后的系統(tǒng)采用MentorII全數(shù)字智能直流驅(qū)動(dòng)器和可編程控制器（PLC）完成工藝邏輯，所有控制過(guò)程采用控制算法軟件編程完成，控制過(guò)程簡(jiǎn)單，采用位能發(fā)電回饋控制方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、快速、準(zhǔn)確、節(jié)能、維護(hù)量小。故障率明顯降低,維護(hù)容易,系統(tǒng)損耗減少,生產(chǎn)率大大提高。該技術(shù)不僅可以在全國(guó)鉗型吊上應(yīng)用，還可以推廣至其他大型吊車，其市場(chǎng)前景十分廣闊。