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    摘 要：隨著現代化工業技術的迅速發展，對型鋼的品種、規格和產量的要求日益增高。在我國，連軋中型鋼材生產單位屈指可數，軋機采用交流電機的更是少之又少，但在型材的生產中軋機占有重要位置，交流電動機本身有著直流電動機不具備的優點:沒有電刷和換向器，結構簡單、堅固耐用、經濟可靠，但因為交流電動機是一個多變量、強禍合、非線性的時變系統，調速比較困難，隨著電力電子技術的迅速發展和微型計算機控制技術以及現代控制理論引人，交流調速系統的得以應用。

　　Abstract:Promptness develops , the breed , specification and the output request to section steel increase gradually height with modernizing industrial technology‘s. The productive establishment is very few in our country , including rolling medium-sized steels , that the rolling mill adopt an AC dynamo‘s is very few more , the rolling mill occupies important location , the alternating-current motor has the merit that direct current motivation does not have per se but in the section bar childbirth: Without brush and commutator, structure stands wear and tear simple , firm , economy is reliable, system , speed regulation are comparatively difficult but because of the alternating-current motor changes when being a multivariate , strong the misfortune small side door , nonlinearity , manage to apply with the fact that develop and in miniature prompt electric power electron technology computer cntrol technology and modern control theory attracting person , exchanging speed regulation systematically.

　　關鍵字：變頻器 主傳動 矢量控制 西門子

　　Key words: The frequency transformer host drive vector controls Siemens

　　一、 引言

　　宣鋼連軋中型廠屬于全國僅有的幾家中型材熱連軋企業之一，設計生產能力達70萬噸/年。主要產品有角鋼、槽鋼、工字鋼、圓鋼及礦用U型鋼等。其中主傳動使用的是西門子6SE70系列變頻調速裝置+上海電機廠的交流異步電動機。具有故障率低，調速精度高，保護功能多，無沖擊起動和軟停機等優點，交-直-交變頻調速傳動技術方案通常采用通用型變頻調速裝置（變頻器或逆變器）+交流異步電動機。通用型變頻調速裝置的特點是其逆變功率器件采用IGBT,主回路采用兩電平PWM調制，控制回路采用矢量（VC）控制或標量（即V/F）控制。交流變頻調速器是一種應用矢量控制原理，采用模塊化結構，集數字技術、計算機技術和自動控制技術于一體的智能型交流電動機調速裝置。

　　二、變頻調速在主傳動控制上的應用

　　1）軋鋼企業中對軋機的控制尤為重要，軋機控制特點主要是當軋機啟動與咬鋼時電流突然加大，而在空載時電流相對比較穩定。軋機啟動與咬鋼是個加速過程。一旦驅動電流克服了這種大慣性負載而起動起來，維持正常運轉所需的驅動能量及轉矩就很小了，可以根據所需的速度隨時調整。

　　2）變頻器的選擇。

　　根據軋機的工作情況，變頻器采用交-直-交變頻調速裝置。供電方式采用整流裝置直流母線+逆變器+回饋單元，本系統中10#——-13#軋機為兩臺1500KW整流單元12脈沖運行方式外，其余各區域均采用兩臺1500KW的整流單元6脈沖主從的并聯運行方式，整流器的作用是將定額定壓的交流整流為直流，為逆變器提供直流電源，它通過電壓調節器、電流調節器及移相觸發器給出處罰脈沖信號來控制整流器可控硅的控制角a，以改變相應的整流電壓和電流。逆變器的作用是將直流調整成可變頻率的交流，供給交流電動機的變頻電源，見下圖：

　　AC母線電壓經過整流單元與逆變單元將整流后的直流電壓轉換成電壓和頻率均可變的交流電，送給交流電動機以實現變頻調速。

　　由于軋機屬于頻繁的高低速轉換設備，如果采用制動單元方式，就會把大量的能量消耗在制動電阻上，既不經濟又浪費能源。而采用回饋單元可以把直流母線上多余的能量逆變為交流電回饋到電網。當直流母線電壓超過一定值時，三相全控晶閘管逆變橋進入逆變工作狀態，將直流電逆變為交流電，經自藕變壓器回饋至電網。

　　交直交變頻調速系統主要由整流、回饋、中間直流環節、逆變和控制5個部分組成。此系統的控制精度高，低頻特性好，穩定性高，諧波分量低，充分滿足了壓下電機的控制要求。它的工作原理是將變壓器送人的750 V工頻交流電源經整流回饋裝置的正向橋整定為930 V的直流電源輸出到直流母線上，然后再把直流電源通過變頻器轉換成頻率、電壓均可控制的690 V交流電源供給軋機主電機。而當電機突然制動時，此系統還可以通過整流回饋單元的反向橋經自藕變壓器，將能量返回主電網。軋機主電機軸端接有增量型編碼器進行速度反饋，實現了矢量控制，保證了軋機的準確性。

　　3）采用矢量控制

　　宣鋼連軋中型廠主傳動電機的交-直-交變頻調速控制系統中的變頻器，選用帶速度傳感器的矢量控制方式，它可以得到很好的異步電機閉環變頻調速技術性能，由增量型編碼器提供速度反饋信號給變頻器，定子電流矢量分解產生的勵磁電流和轉矩電流便可分別加以控制，并分別控制兩分量的幅值和相位。從而的獲到與直流調速系統同樣的靜、動態性能，同時也避免了直流調速系中直流電動機本身機械換向問題和在惡劣環境下的不適用問題。

　　這種控制器的特征是反饋信號來至控制系統。把反應被控制的變量實際狀態的反饋信號與速度給定信號相減，得到偏差信號的幅值和相位。由偏差信號作為調節器的輸入，由調節器的輸出信號作為控制系統的輸入，由此可以使偏差信號減小，提高控制精度。主軋機的控制主要靠設定的速度值與實際反饋的速度值的偏差以及電流環的變化而做出調整。其原理框圖如下：

　　4）變頻調速器與PLC的通訊

　　變頻調速裝置內裝有CBP2通訊板與PLC通過Profibus-DP網聯網通訊。在本系統中，S7-400 PLC作為主站，變頻器作為從站時，主站向變頻器傳送運行指令，同時接受變頻器反饋的運行狀態及故障報警狀態的信號。變頻器通過CBP2通訊板與PLC模塊相連，接入Profibus-DP網中作為從站，接受從主站SIMATIC S7來的控制。CBP2通訊板將從Profibus-DP網中接收到的過程數據存入雙向RAM中，每一個字都被編址，在變頻器端的雙向RAM可通過被編址參數排序，向變頻器寫入控制字、設置值或讀出實際值、診斷信息等參量。

　　變頻器現場總線控制系統若從軟件角度看，其核心內容是現場總線的通訊協議。Profibus-DP通訊協議的數據電報結構分為協議頭、網絡數據和協議層。網絡數據即PPO包括參數值PKW及過程數據PZD。參數值PKW是變頻器運行時要定義的一些功能碼;過程數據PZD是變頻器運行過程中要輸入/輸出的一些數據值，如頻率給定值、速度反饋值、電流反饋值等。Profibus-DP共有兩類型的網絡PPO:一類是無PKW而有2個字或6個字的PZD;另一類是有PKW且還有2個字、6個字或10個字的PZD。將網絡數據這樣分類定義的目的，是為了完成不同的任務，即PKW的傳輸與PZD的傳輸互不影響，均各自獨立工作，從而使變頻器能夠按照上一級自動化系統的指令運行。

　　三、結束語

　　通過二年交流變頻器成功的使用實現張力控制系統表明，用西門子SIMOVERT MASTER DRIVE矢量控制系統，大大提高了動態響應速度和產品質量。SIMOVERT MASTERD RIVE高精度、高質量的轉矩動態控制效果滿足了型材的生產工藝要求。

　　參考文獻：

　　矢量控制大全（西門子電氣傳動）