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　　摘要：本文以海鑫集團(tuán)公司鑫軋廠為例，給大家介紹一款6SE70變頻裝置，在該廠的實(shí)際應(yīng)用。

        一、概述
　　
　　6SE70變頻裝置用在鑫軋廠的輔傳動(dòng)當(dāng)中，通過帶整流回饋單元及直流母線的變頻器原理，如圖1所示。使多臺(tái)負(fù)載和速度經(jīng)常變化的電動(dòng)機(jī)，通過掛在直流母線上的逆變器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。這種方案有以下優(yōu)點(diǎn)：　　　　
　　(1)當(dāng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，有的處于電動(dòng)狀態(tài)，有的處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，處于電動(dòng)狀態(tài)的與處于制動(dòng)狀態(tài)的逆變單元可通過直流母線交換能量，從而減少整流單元回饋單元容量。
　　
　　(2)多臺(tái)逆變單元共用一臺(tái)整流回饋單元，可節(jié)省設(shè)備投資和安裝空間。
　　
　　關(guān)于各逆變器的速度給定、控制命令、狀態(tài)反饋、數(shù)據(jù)反饋(如電流、速度實(shí)際值)通過Profibus網(wǎng)和所在區(qū)域的PLC交換數(shù)據(jù)完成。下面結(jié)合鑫軋廠具體設(shè)備談?wù)?SE70變頻裝置在使用當(dāng)中出現(xiàn)的問題及解決方案：
　　
　　1．鑫軋廠高速線材生產(chǎn)線(以下簡(jiǎn)稱高線)托盤升降的傳動(dòng)控制
　　
　　高線托盤升降系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置采用6SE7031-2TF60逆變器；zui初的傳動(dòng)方案為無編碼器矢量控制方案。托盤電動(dòng)機(jī)型號(hào)規(guī)格為YTSP280S-6，45kW(電動(dòng)機(jī)成套抱閘已拆除不用)；制動(dòng)抱閘型號(hào)為YW2-300(液壓推力器結(jié)構(gòu))。抱閘的控制采用西門子6SE70標(biāo)準(zhǔn)的控制方案，見6SE70功能圖470(brakingcontrol)，本文不再描述。
　　
　　(1)設(shè)備描述
　　
　　高線收集托盤是通過鏈條傳動(dòng)的一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，用于將集卷筒內(nèi)的成品線材完整地接送到旋轉(zhuǎn)雙臂芯棒上。托盤自重約4.5t。外型結(jié)構(gòu)圖如下，其兩個(gè)托臂閉合則形成如圖2所示一個(gè)空心的圈狀平臺(tái)。　　　　
　　張開則如圖3所示。兩個(gè)托臂通過液壓完成張合。
　　
　　高速線材到收集區(qū)，通過風(fēng)冷輥道以規(guī)則的螺旋狀不斷地送入集卷筒。當(dāng)集卷筒內(nèi)線材存放到設(shè)定的高度，集卷筒下部的托爪打開，將已形成卷裝的線材釋放到早己等待在集卷筒下部的雙臂閉合的托盤上。隨著成品線材不斷地流入集卷筒，形成卷狀的線材高度不斷地增加，為保證集卷筒內(nèi)線材控制在適當(dāng)?shù)母叨?，形成?guī)則的成品卷，托盤開始緩緩下降，下降速度約20～30mm/s，電動(dòng)機(jī)頻率約3～4.5Hz。直到一整根鋼的尾部出現(xiàn)并進(jìn)入集卷筒，托盤進(jìn)入快速下降狀態(tài)(50Hz)，終將一整盤線材(約2t)平穩(wěn)地放在旋轉(zhuǎn)雙臂芯棒上。接著托盤的兩臂張開快速上升，去接下一線材。　　　　
　　(2)托盤傳動(dòng)采用無編碼器控制方案在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題
　　
　　2004年元月高線處于試生產(chǎn)階段，當(dāng)時(shí)托盤升降傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行基本正常。隨著生產(chǎn)節(jié)奏的逐漸力口快，托盤的傳動(dòng)系統(tǒng)開始無規(guī)律地報(bào)故障；出現(xiàn)zui多的故障碼為F021(超過電動(dòng)機(jī)l2t監(jiān)控參數(shù)設(shè)置極限值故障)，其次是F015(電動(dòng)機(jī)已堵轉(zhuǎn)或失步故障)，偶而報(bào)一次的是F011(該裝置由于過電流而關(guān)機(jī)故障)，復(fù)位后正常。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察看到，在報(bào)故障前裝置的報(bào)警內(nèi)容為A034(在設(shè)定值通道里的狀態(tài)字1r552中的位8，頻率設(shè)定值與實(shí)際值之差比參數(shù)設(shè)定值大，并超過控制監(jiān)控時(shí)間，報(bào)警)或A042(電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)或失步報(bào)警)，起初筆者以為是機(jī)械原因造成。到2004年6月逆變器故障停機(jī)現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，盡管很快復(fù)位，但是已對(duì)正常生產(chǎn)節(jié)奏形成制約。顯然托盤的傳動(dòng)無法滿足日益加快的生產(chǎn)節(jié)奏的要求。針對(duì)這一情況，筆者在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了多次手動(dòng)調(diào)整，主要調(diào)整了以下參數(shù)：
　　
　　P278低速范圍內(nèi)，無編碼器速度控制過程中，zui大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩功能參數(shù)。
　　
　　P279低速范圍內(nèi)，無編碼器速度控制過程中，zui大附加動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩功能參數(shù)。
　　
　　P280設(shè)定經(jīng)P278和P29電流給定的濾波時(shí)間常數(shù)的功能參數(shù)。
　　
　　P235輸入n/f調(diào)節(jié)器增益的功能參數(shù)。
　　
　　P240輸入n/f調(diào)節(jié)器積分時(shí)間的功能參數(shù)。
　　
　　P462斜坡函數(shù)發(fā)生器加速時(shí)間，從0到。
　　
　　P464斜坡函數(shù)發(fā)生器減速時(shí)間，從到O。
　　
　　P128設(shè)置zui大電流的功能參數(shù)。
　　
　　P792輸入實(shí)際值和設(shè)定值之間的容許偏差的功能參數(shù)。
　　
　　P794輸入顯示實(shí)際值，設(shè)定值偏差信息的延遲時(shí)間的功能參數(shù)。
　　
　　P805封鎖脈沖時(shí)“偏差”信息和轉(zhuǎn)子磁通檢測(cè)器查出的失步和輸出故障信息之間的延時(shí)時(shí)間。
　　
　　P383電動(dòng)機(jī)熱時(shí)間常數(shù)。
　　
　　P602確定電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁時(shí)間的功能參數(shù)。
　　
　　P283在調(diào)制器異步調(diào)制范圍內(nèi)調(diào)節(jié)Pl電流調(diào)節(jié)器增益的功能參數(shù)。
　　
　　P284在調(diào)制器異步調(diào)制范圍內(nèi)調(diào)節(jié)Pl電流調(diào)節(jié)器調(diào)整時(shí)間的功能參數(shù)。
　　
　　剛開始手動(dòng)調(diào)整參數(shù)后有一定的效果，不過隨后又出現(xiàn)故障頻繁的現(xiàn)象。到2004年10月手動(dòng)調(diào)整幾乎不再起作用，并多次出現(xiàn)托盤在下降過程中突然失控掉下的現(xiàn)象。托盤的失控曾造成鏈條拉斷，鏈輪脫槽，軸承座破裂等現(xiàn)象。致使正常生產(chǎn)中斷，zui長(zhǎng)時(shí)間約8h，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。筆者曾多次將參數(shù)恢復(fù)到手動(dòng)調(diào)整之前原始數(shù)據(jù)(通過DriveMonitor軟件下載)，但無濟(jì)于事。zui后更換一臺(tái)備用裝置，重新調(diào)試，再次出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象。為盡快改善這種嚴(yán)重制約生產(chǎn)的局面，zui終決定采用編碼器反饋的矢量控制方案。
　　
　　現(xiàn)分析當(dāng)時(shí)的現(xiàn)象，筆者歸納如下幾點(diǎn)原因：
　　
　　1)負(fù)載特性可能在使用過程中有一定的變化，但不是形成故障的主要原因。
　　
　　2)筆者在手動(dòng)調(diào)整參數(shù)的過程中，有調(diào)整過量的現(xiàn)象，其中有兩次托盤失控現(xiàn)象發(fā)生在筆者調(diào)整過程剛結(jié)束。
　　
　　3)裝置自動(dòng)優(yōu)化的參數(shù)顯然也不能滿足這種位能負(fù)載特殊的要求。
　　
　　4)低速狀態(tài)下裝置故障zui頻繁，筆者認(rèn)為6SE70無編碼器矢量控制方案在低速下的調(diào)速性能不完善。
　　
　　5)托盤的失控現(xiàn)象因非常突然，筆者難以解釋。
　　
　　(3)托盤傳動(dòng)采用編碼器矢量控制方案后的使用情況
　　
　　2004年11月，筆者按照6SE70的調(diào)試步驟將托盤的傳動(dòng)系統(tǒng)改為編碼器反饋矢量控制方案(編碼器及電纜均按照西門子技術(shù)要求安裝)，投入使用后傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)非常好，尤其是低速時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定，變頻器不再報(bào)故障。但是新的問題隨之出現(xiàn)，速度反饋編碼器連續(xù)損壞。大多數(shù)現(xiàn)象是編碼器在電動(dòng)機(jī)正常使用中工作正常，生產(chǎn)線停機(jī)檢修后再次起機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)編碼器損壞。zui嚴(yán)重的一次是托盤電動(dòng)機(jī)輸出軸扭斷，當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)編碼器損壞。筆者認(rèn)為是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中編碼器突然損壞引起的事故。筆者認(rèn)為編碼器在工作中突然損壞可能造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩瞬間達(dá)到zui大值。筆者先后使用了兩種編碼器，分別是
　　
　　Norsthstar編碼器型號(hào)：MH10241KS2501
　　
　　ELTRATECH編碼器型號(hào)：EH88P102428/24L25X3PR
　　
　　以上兩種編碼器一種是電磁式，一種是光電式。在其他設(shè)備上都用的很好，但是在托盤傳動(dòng)系統(tǒng)都用不了多長(zhǎng)時(shí)間。筆者認(rèn)為裝置提供的編碼器電源存在比較大的諧波干擾致使編碼器連續(xù)損壞。
　　
　　筆者在使用編碼器反饋方案的過程中曾請(qǐng)教過北京鋼鐵設(shè)計(jì)院CERIS研究所電氣工程師，對(duì)方提出增加一個(gè)脈沖分路器。筆者在現(xiàn)場(chǎng)將編碼器的電纜線接入分路器輸入端，經(jīng)過分路器隔離的信號(hào)由分路器的輸出端接入變頻裝置，至此，問題得以*解決。到目前為止，高線托盤升降系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
　　
　　2．鑫軋廠高速線材生產(chǎn)線(以下簡(jiǎn)稱高線)雙臂芯棒的傳動(dòng)控制
　　
　　高線收集區(qū)雙臂芯棒的傳動(dòng)裝置采用6SE7027-2TD61逆變器；傳動(dòng)方案為無編碼器矢量控制方案。電動(dòng)機(jī)型號(hào)規(guī)格為9VL326THTDA8831AA30kW;制動(dòng)抱閘是和電動(dòng)機(jī)成套的電磁抱閘。抱閘的控制采用西門子6SE70標(biāo)準(zhǔn)的控制方案，見6SE70功能圖470(brakingcontrol)，本文不再描述。
　　
　　(1)設(shè)備描述
　　
　　高線收集區(qū)雙臂芯棒是一個(gè)通過齒輪傳動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，它具有相互垂直的雙臂，如圖4所示。　　　　
　　當(dāng)托盤從集卷筒內(nèi)接到的整卷高速線材，釋放到雙臂芯棒上時(shí)，托盤的雙臂張開。雙臂芯棒正向旋轉(zhuǎn)180度，將帶有線材的一臂轉(zhuǎn)到水平位置，收集小車將從水平位置接走成卷的線材。同時(shí)另一臂正好轉(zhuǎn)到垂直位置，通過托盤接下一卷從軋線來的線材，如圖5所示。
　　
　　當(dāng)?shù)诙砭€材釋放到雙臂芯棒上時(shí)，水平位置上的*卷線材已被收集運(yùn)卷小車接走，此時(shí)臂芯棒反向旋轉(zhuǎn)180度，將第二卷線材旋轉(zhuǎn)到水平位置。如此正反向交替旋轉(zhuǎn)不斷將成卷的線材過收集運(yùn)卷小車送走，形成連續(xù)生產(chǎn)。　　　　
　　(2)雙臂芯棒的控制定位
　　
　　雙臂芯棒的臂長(zhǎng)約4m，內(nèi)部安裝有內(nèi)芯軸，用于在垂直位置將集卷筒內(nèi)的鼻錐頂起。要求正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)停車時(shí)必須和集卷筒內(nèi)的鼻錐對(duì)正，否則將造成鼻錐頂歪，導(dǎo)致線卷卡鋼的現(xiàn)象發(fā)生。所以雙臂芯棒的定位精度要求很高。
　　
　　為保證雙臂芯棒的準(zhǔn)確定位，在雙臂芯棒的底盤下部安裝有一個(gè)增量型編碼器。用來檢測(cè)雙臂芯棒的角度和位置。在雙臂芯棒旋轉(zhuǎn)的過程中，通過PLC計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)速度給定隨著角度的變化不斷變化。按照加速度的原理，越接近停車位速度越低，到達(dá)停車位時(shí)速度給定為零。
　　
　　采用無編碼器的矢量控制方案，zui初調(diào)試時(shí)通過Drivemonitor調(diào)試軟件測(cè)試的效果比較滿意。而使用中有時(shí)出現(xiàn)定位不準(zhǔn)，造成鼻錐頂歪，線卷卡鋼的現(xiàn)象，致使正常生產(chǎn)無法進(jìn)行。這一現(xiàn)象的zui終解決方案非常簡(jiǎn)單，可以說就是調(diào)整傳動(dòng)參數(shù)P278、P279。將電動(dòng)機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩和低速轉(zhuǎn)矩提高后，定位精度基本滿足了現(xiàn)場(chǎng)要求。這種方案使用一年半，應(yīng)該說比較成功，如圖6所示是軟件測(cè)試的控制效果。(雖然采用編碼器反饋的矢量控制方案更加完善，但是筆者認(rèn)為用無編碼器的矢量控制方案達(dá)到控制目的是更加理想的)。
　　
　　二、結(jié)束語(yǔ)
　　
　　本文以鑫軋廠高速線材的托盤和雙臂芯棒為例，介紹了6SE70變頻裝置在實(shí)踐中的使用情況。因筆者水平有限，請(qǐng)西門子有關(guān)專家和朋友指正。　　
　　圖6圖中同時(shí)采集了四條曲線，分別是速度實(shí)際值，速度設(shè)定值、PLC通過Profibus網(wǎng)傳來的速度給定值(word2)、電流實(shí)際值