1 250 mm平整机传动控制系统的设计与应用

邹 珩，赵光明（天津冶金轧一钢铁集团有限公司，天津300270）

1 250 mm平整机传动控制系统的设计与应用

邹 珩，赵光明
（天津冶金轧一钢铁集团有限公司，天津300270）

为满足1 250 mm平整机组生产线的结构布置要求，采用西门子高精度SINAMICS S120交流变频技术取代了原有的直流传动系统，设计了1 250 mm平整机传动控制系统，保证了平整机高精度轧制生产节奏的连续性，节能高效，运行可靠，提高了生产效率。

平整机；交流变频技术；直流传动系统

1 引言

平整机要求电气传动系统具有高精度快速的动态响应和低转矩大力矩的特点，在所有的调速范围内都输出良好的转矩特性。在这一领域一直长期被直流调速系统所占据，但直流调速系统也存在其不足，由于直流电机碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉，因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制，造成维护成本很高，无法满足大型平整轧制生产线的应用条件。随着矢量控制技术在理论和实际应用中的日趋成熟，交流传动控制系统已经在大型平整轧制生产线上广泛使用，交变频技术已开始取代直流调速系统。

2 系统设计方法

2.1 交流传动系统基础配置

平整机组整个传动系统采用西门子全新一代全数字式交-直-交变频器SINAMICS S120进行调速控制，高性能工艺控制器（西门子SIMATIC TDC）及PLC可编程系统组成。西门子SIMATICTDC主速度CPU负责通过profibus-DP与西门子SINAMICS S120传动装置通讯。通过一个CP50M0 的profibus-DP总站，CPU发送控制字、速度和张力参数到传动，并从传动接收主要信息（故障、实际角速度、实际扭矩、状态字等），同时使用CP50M0的其它总站，CPUs CPU551与PLC系统交换数据。与PLC的通讯也可使用以太网卡CP5100来建立。

2.2 主传动概述

西门子SINAMICS S120的全数字交流变频调速传动装置采用三电平PWM脉宽调制，全数字矢量控制的整流装置和逆变器构成的传动系统。采用共同直流母线的控制模式。

2.3 主传动电机控制原理及参数

主传动电机分为两组，分别由两路进线断路器和两个整流单元供电。两个整流单元分别将进线断路器的690 V交流电源整流成930 V直流电源提供到直流母线上作为逆变器的输入端，再由逆变器将930 V直流电源逆变成交流电源，输出给主传动电机对其进行变频调速控制，主传动电机采用鼠笼型三相异步电动机，由电机自带的编码器来将速度反馈信号传送到编码器模块SMC30，通过Drive-CLiQ通讯电缆把速度信号传送到CU320中进行速度闭环逻辑控制，电机风机由PLC发出电机运行使能信号，对风机接触器进行联锁控制。电机数据见表1。

表1 电机数据表

2.4 整流装置

该交流传动系统采用西门子SINAMICS S120的装机装柜型智能整流模块（SLM）作为整流装置。

智能整流模块（SLM）的主要特点：

智能整流模块（SLM）是无调节供应/回馈单元（用于进线供电二极管桥；线路整流回馈通过IGBTs）带50%再生回馈能量。智能整流模块（SLM），电动状态时，给直流母线提供电能；再生模式时，它把直流电能回馈到三相电力系统。

供应电压：660 V÷690 Vac，±10%（-15%＜1 min）。

输出直流母线电压：大约1.35×线电压；

额定频率：50/60 Hz（±6%）。

2.5 逆变装置（电机模块）

电机模块是一个IGBT桥DC/AC（逆变器）连接到由智能线路模块供电的公用直流母线上。

电机模块的主要特点：

电机（变频）电缆与电机模块下的端子排相连；

直流总线的制动装置包括连接到电机模块上的直流端子；

辅助母线排用于24 V电源和风扇电源；

输出电压：0.67×dc link电压；

输出频率：0～300 Hz；

脉冲频率：1.25 kHz；

基本负载电流IH：0.91×额定输出电流；

短时电流：1.36×额定输出电流用60 s；

周期：300 s；

过载持续时间：60s（20%周期时间20%）；

效率：≥96%；

与CPU CU320通信：由DRIVE-CLiQ；

编码器/（电机绕组）温度传感器接口：用于HTL/TTL编码器和KTY84-130热敏电阻器的SMC30卡。

2.6 IGBT整流与逆变器的主要构成

线路连接模块（主断路器）：连接智能线路模块（整流单元）给进线（直流母线）供电。智能线路模块通过预先装配好的一组直流母线与带不同额定电流值的电机模块（逆变器）连接。

智能线路模块：是无调节供应/回馈单元（用于进线供电二极管桥；线路整流回馈通过IGBTs）带50%再生回馈能量。智能线路模块，电动状态时，给直流母线提供电能；再生模式时，它把直流电能回馈到三相电力系统。

电机模块：是一个IGBT桥DC/AC（逆变器）连接到由智能线路模块供电的公用直流母线上。

控制单元：由一定数量CPU CU320组成。CU320是一个通讯（功能）完善的CPU，可用于一个或多个电机模块和智能线路模块的开环和闭环控制功能。

2.7 传动设备的调试与维护

Simatic starter软件是西门子专为SINAMICS S120系列传动系统装置的调试维护工具。它可用于M440，G110，G150等传动设备。

3 系统实际应用效果

该交流传动系统不仅继承直流调速的优越的性能，还具有更多优于直流传动的特点。

节能高效，以该传动系统为1 250 mm平整机

的轧机，张力辊，开卷取电机共合计功率3 280 kW电机提出的传动方案为例，交流比直流年节电158 万kW·h/年，折合13万元/年。

体积小、重量轻、转动惯量小。1 250 mm平整机改为交流传动后，电机容量加大35%，而转动惯量仅为直流机的1/5，使传动系统得到更快的动态响应，加快了平整机的轧制节奏，提高产量。1 250 mm平整机电机改造后综合经济效益提高了40%。

功能全面，性能优越，SINAMICS S120控制单元采用CU320全数字控制系统，具有丰富、全面的控制、监视及故障诊断功能，并且由于应用了矢量控制技术、使该系统具有优越的控制性能，充分满足了生产工艺对带材精轧机组主传动系统的要求。

操作简单、运行可靠，电机甚至可以直接安装在轧机旁。1 250 mm平整机改造后，产量提高30%，维护人员减半，每年可节约维护费用20万元。

4 结束语

交流传动系统具有以上优点，该传动系统受到世界轧钢工业和传动设备制造业的极大关注。世界著名电气传动设备制造商都投入大量人力物力财力研发大型平整轧制生产线的交流传动控制系统。目前为止，大型轧制生产线的主传动系统，几乎全部采用交流变频传动控制系统。现阶段大型轧制生产线要求其主传动系统具有节能，高效，可调的转矩限幅，较高功率因数，降低对电网的污染，采用回馈电能的智能整流模块等特点正逐步成为平整机传动系统的主流。

［1］张皓，续明进，杨梅.高压大功率交流变频调速技术［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［2］吕汀，石红梅.变频技术原理及应用［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［3］石磊.电气自动化控制系统及设计 ［J］.黑龙江科技信息，2011 （20）：61.

Design and Application of Drive Control System for 1 250 mm Leveler

ZOU Yan and ZHAO Guang-ming
（Tianjin Metallurgy Zhayi Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300270，China）

In order to meet the requirement of structure arrangement of 1 250 mm leveler production line，SINAMICS S120 AC frequency conversion technique with high precision was adopted to substitute original DC drive system and the drive control system for 1 250 mm leveler designed.The continuity of the production pace of leveler high precision rolling was ensured with saved energy and high efficiency.The equipment ran reliably and productivity was improved.

leveler；AC frequency conversion；DC drive system

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.015

2015-12-13

2016-01-02

邹珩（1986—），男，本科，主要从事电气设备维护管理工作。