6RA70全数字直流调速装置在板坯连铸去毛刺机中的节能应用

仇礼娟

（四川机电职业技术学院，四川攀枝花617000）

1 引言

1.1 背景介绍

某钢铁厂1350板坯连铸机是我国第一台自行设计、自行制造，仅引进少量关键设备和技术建设起来的现代化大型板坯连铸机。铸机为一机两流，全弧形，四点矫直，冶金长度27.1m，年设计生产合格连铸坯100万吨。铸机于1993年10月18日一次性热负荷试车成功，投产后设备运行比较稳定，生产状况良好。

根据当时的技术水平状况，1350板坯连铸机去毛刺机采用直流模拟调速系统，但随着时间的推移，备件组织困难，电气设备逐步老化，故障率增加，2009年采用6RA70全数字直流调速装置，进行了全新升级改造。

1.2 机械系统构成

去毛刺机的机械部分主要包括以下装置。齿轮座：主要用来支撑和换向毛刺辊，保证整机运行时的平稳和水平；升降装置：主要是一个液压驱动油缸，用于将毛刺辊上升至高位和下降至低位；去毛刺辊和锤刀：锤刀安装于毛刺辊上，电机带动毛刺辊上的锤刀快速旋转，将铸坯头部、尾部火焰切割后遗留下的毛刺打掉。

1.3 去毛刺机工作原理

铸坯头部到达去毛刺减速位，切后Ⅰ组辊道、去毛刺辊道由高速转为低速运行，同时，去毛刺机电机带动毛刺辊正向高速旋转，为去毛刺做好准备。当铸坯头部到达去毛刺位，在液压油缸作用下，旋转的毛刺辊上升至高位，并在高位保持3.5s，旋转的锤刀将铸坯头部毛刺打掉；自动下降至低位，同时电机停止旋转。当铸坯尾部离开减速位时，去毛刺机电机带动毛刺辊反向高速旋转，重复上述动作，打掉铸坯尾部毛刺。

2 直流调速和控制系统构成

2.1 直流调速系统

如图1所示，去毛刺机驱动电机为直流电机，型号 Z315-1A （Pe＝80kW、Uae＝220V、Iae＝400A，他励，励磁电流If＝13.6A）。因此，升级改造选用SIMOREG DC Master 6RA70系列全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0（额定电流400A）。

2.2 上位机控制系统

如图2所示，去毛刺机去毛刺过程，电机逻辑运行动作控制信号来自上位机出坯PLC的电气室DP远程I／O。毛刺机的运行分手动和自动两种方式，其操作台和运行状态显示设置在板坯连铸机切割操作室，通过DP网络进行传输。手动方式适用于检修调试，在生产过程中完全采用自动方式。

3 控制系统完成的功能

3.1 速度闭环反馈环节的处理

如图1所示，去毛刺机直流调速系统采用测速机CSF形成速度反馈，在使用中存在以下问题：①测速机是10多年前的产品，厂家已不再生产，备件订货困难；②测速机老化严重，性能变差，同时通过电机内部齿轮连接，磨损很大，容易脱落。这诸多因素造成反馈环节质量很差，信号严重失真，电机运行波动大，机械出现严重的冲击颤动，导致门形框架、齿轮座、锤刀频繁损坏，去毛刺机维修成本大幅上升，并经常因事故停机检修，严重影响铸坯质量。因此，利用全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0具有的电压反馈功能，如图3所示，参数P083＝1（测速机反馈）改成P083＝3（速度实际值信号由EMF实际值通道K0287提供）。从使用一年多时间的实践证明，运行相当平稳，输出直流电压波动小于2%（采用测速机反馈输出直流电压波动大于10%），完全满足工艺提出的调速要求，节约了大量的维修费用，提高作业率30%以上。

3.2 励磁电流的优化控制

原设计去毛刺机电机的励磁电流If以永久接入方式供电。由于励磁电流If＝13.6A很大，直流电机发热严重，因此必须采用强迫风冷散热（散热风机型号：Y132S1-2 5.5kW）。在实际使用中，仔细观察发现这样一个规律：生产过程中两块铸坯之间时间间隔大约为15分钟（对应拉速V＝1米／分），而对于一块铸坯而言，毛刺机真正需要旋转去毛刺的时间约为1分钟。这就是说，在大约（15-1）／15×100%≈93%的时间内给电机所施加的励磁电流If＝13.6A是无用处的。相反，造成电机励磁绕组大量发热而不得不额外增加强迫风冷散热，消耗大量电能。本着优化的设计思路，在去毛刺机电机旋转运行期间加入额定励磁电流If＝13.6A，在停止运行后延时一段时间（设计为6s）取消励磁电流If。如图2所示，出坯PLC远程I／O的输出模板输出点Q8.6驱动继电器10J，继电器10J触点开闭状态决定全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0的36＃端子的状态（0或者1），从而控制去毛刺机电机励磁电流If＝13.6A的接入与取消。具体过程是：当铸坯头部（尾部）到达（离开）去毛刺减速位时正转（反转）运行信号 Q8.0（8.1）＝1，继电器 10J断开，则励磁控制信号Q8.6＝0，全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0的端子36＃＝0，向电机接入额定励磁电流If＝13.6A；当正转（反转）运行信号 Q8.0（8.1）＝0 时，延时 6s，励磁控制信号 Q8.6＝1，继电器 10J闭合，端子36＃＝1，全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0取消向电机接入励磁电流，即If＝0。

图1 直流调速系统

图2 上位机控制系统

图3 6RA7081-6GV62-0的速度闭环反馈电路

设计全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0的励磁运行控制参数：P257＝0（停机励磁设定值）、P692＝10（选择接入停机励磁的源36＃端子），如图4所示。

在出坯PLC设计去毛刺机电机励磁控制程序，控制停车励磁输出点Q8.6的状态，如图5所示。同时，在软件和硬件上取消毛刺机电机的散热风机。需要特别说明的是控制程序中的时间继电器T25，主要是保护作用。当毛刺机直流调速系统合闸以后 Q8.6＝0，励磁电流 If＝13.6A 立刻加入，如果较长时间未投入运行，励磁电流If＝13.6A始终满磁加入，这将导致取消散热风机后，毛刺机电机发热烧坏。因此，时间继电器T25检测到合闸2分钟后未出现运行信号 Q8.0 （8.1）＝1，自动置位Q8.6＝1，取消励磁电流的接入。

4 节能效益分析

1350板坯连铸机去毛刺机采用6RA70全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0进行了全新升级改造，可靠性、经济性大大提升，节能效果显著。

4.1 电机励磁节能

1350板坯连铸机一年停机检修时间：

去毛刺机仅仅在检修（故障除外）时停电，则一年通电时间：

则励磁电流优化控制后一年节约电能（R为电机励磁绕组电阻）：

图4 6RA7081-6GV62-0的励磁运行控制参数图

4.2 取消散热风机节约电能（P为散热风机额定功率）

两项综合节能效益Q效益1（N＝2，一机两流；J＝0.5 元 ／KW·h）

4.3 备件和质量效益

减少风机消耗 4台（0.6万元／台），由于更换一次散热风机，毛刺机停运5h／次，一年平均更换4次，铸坯不能去毛刺，造成质量异议损失100元／吨，则效益计算 Q效益2＝（4 台×0.6 万元／台＋5h／次×4 次×60 分×1 米／分×2 吨／米×100 元 ／吨）×2＝52.8万元

改造后一年总经济效益：

5 结束语

从生产实践分析得出，对于大量诸如上世纪建成的1350板坯连铸机，很多调速系统仍然还在使用直流调速。从可靠性、经济性分析，完全可以采用SIMOREG DC Master 6RA70系列全数字直流调速装置进行升级改造，其负载属于间断工作情况，完全可以借鉴电压反馈和励磁控制方式，实现更加可靠的节能减排运行模式。

［1］SIMOREG DC Master 6RA70 系列全数字直流调速装置使用说明书.

［2］STEP 7 V5.4 Help Contents.

［3］宋家成.直流调速系统应用与维修［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［4］陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［5］史国生.交直流调速系统［M］.北京：化学工业出版社，2011.