基于6se70变频器的控制系统在金属冶炼中的应用

秦立峰

（1.河钢股份有限公司承德分公司，河北 承德 067000；2.河北省钒钛工程技术研究中心，河北 承德 067000）

6se70变频器拥有恒载恒速稳速系统，能够维持一个长期稳定的速度。未来几年，随着社会文化水平的提高，对金属材料的需求将会大幅度增长，为提高生产效率和经济效益，人们对熔炼金属设备的要求越来越高，需要高精度的电驱动控制系统与之配合，从而获得高的稳定性和快速的动态响应[1]。为保证金属冶炼设备传输控制系统的可靠性，良好的控制精度和稳定性，本文选用西门子6SE70全数字多功能矢量控制高精度交流逆变器，采用USS协作通信方式实现PLC与逆变器的通信功能。

1 基于6se70变频器的控制系统组成

为获得高质量标准的产品，金属冶炼设备对电气传动系统的要求如下：

（1）速度稳定性好，设备运行过程能够平稳升降。为了稳定熔炼金属的质量，要求熔炼设备的稳定速度精度在±10%～15%之间波动。

（2）冶金设备配有数位串并联调速链调整，使各支路速度按比例协调同步增减速度，速度比可调且稳定，速度差的变化在一定范围内不会引起质量的突变。

（3）对金属而言，速度差主要影响冶炼后的金属重量，将误差控制在0.1%以内，以防止金属熔融脱出。

（4）支点具有加速上升和下降的作用，具备必要的显示功能，例如线路速度，电流或扭矩，返回信号，故障信号等。

（5）主支路和辅支路的联接工作和负荷的自动平衡调节。传动部件如压机部件、导丝部件等刚性连接或软连接，其直径可动态调节。

可编程控制器通过西门子USS协议、RS485网络和变频器，实现速度链功能，速度差控制。

6SE70全数字交流/直流电压型变频器采用IGBT主开关控制逆变器，驱动性能好，采用先进的控制策略，实现了转子磁场矢量控制，实现了电机参数自动识别、参数调节自动优化和故障诊断，该系统具有静态和动态性能可比的直流调速系统。高级控制软件能保证最优的动态响应，优良的控制性能，变频器采用多功能模块和BICO技术，可灵活地实现多种控制功能。加入USS协议后，变频器可以通过两个基本的串口接口进行通信。通讯接口可实现通讯控制设备之间的通讯。

利用西门子6SE70的矢量控制功能，实现了不同电机的高精度矢量控制，PG型矢量控制方法尤其具有极高的速度控制精度和启动转矩。采用PLC实现了速度控制、链条控制、自动加料、差速控制、张力控制等电教应用。

2 控制系统软件设计及功能实现

该控制系统的软件设计原则如下：

（1）程序采用模块化结构设计，即负荷分配、增载减载、初始化、速比计算、验证、数据传输、接收等被称为子程序。

（2）采用循环扫描程序处理传输点，简化程序，提高程序执行效率。

（3）使用中断子程序收发数据，保证数据准确、快速地传送。

（4）设定必要的软件保护措施，避免重大机械损坏。

本文设定的程序通用性强，可移植性好。在使用不同的反相器时，只需定义对应的协议格式，即对数据发送、接收和验证程序的相应修改足以满足速度链设计和冶金设备运行的速度差控制。

利用二叉树数据结构算法实现速度链结构下的数据传输功能，先对每一个传输点的位置进行数学抽象，确定速度链中每一个传输点的数目，然后填充位置寄存器的值，传输点速度给定给逆变器后，进入位置寄存器，确定子寄存器节点数量。

采用控制方法，通过算法设计来调节比例。冶金设备的第二加压点是速度链的主要节点，它的速度决定了冶金设备的整体运行速度，采用PLC控制，通过通讯检测到调速信号，改变调速单元的速度值，并发送给传动网络、吸气装置、真压装置和压力分区。

在PLC检测到按钮信号后，调整转换率以适应传输点。软件实现采用了主链和子链相结合的结构，使传递点在子链结构上合理分组，动态调整负载不影响其它传递点的状态。

各种冶金设备运行条件要求设置相应的参数。为实现逆变器的功能，对其参数进行了优化设置担保，6SE70逆变器的参数选择应按照说明书中的配置图进行。

3 基于6se70变频器的控制系统应用效果验证

为验证6se70变频器的控制系统的应用效果，设定对比实验，选用增加6se70变频器前后的冶金设备进行对比。得到的冶炼速度实验结果如下图1所示：

图1 冶炼速度实验结果

根据图1可知，当冶炼金属质量为28kg时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备工作时间是28s，增加6se70变频器后的金属冶炼设备工作时间是8s；当冶炼金属质量为30kg时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备工作时间是31s，增加6se70变频器后的金属冶炼设备工作时间是13s；当冶炼金属质量为32kg时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备工作时间是41s，增加6se70变频器后的金属冶炼设备工作时间是18s；当冶炼金属质量为34kg时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备工作时间是55s，增加6se70变频器后的金属冶炼设备工作时间是36s；当冶炼金属质量为36kg时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备工作时间是70s，增加6se70变频器后的金属冶炼设备工作时间是60s。

控制效果如下图2所示：

图2 控制准确率

根据图2可知，当控制时间为2分钟时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为20%，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为35%；当控制时间为2分钟时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为35%，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为20%；当控制时间为4分钟时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为40%，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为22%；当控制时间为6分钟时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为48%，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为26%；当控制时间为8分钟时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为56%，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为31%；当控制时间为10分钟时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为62%，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为35%；当控制时间为12分钟时，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为70%，增加6se70变频器前的金属冶炼设备控制效果准确率为40%。由此可见，引入6se70变频器后金属冶炼效果更好，设备的控制能力更强，可以在短时间内达到令人满意的程度。

4 结语

通过丰富的参数配置和附加的各类通讯板卡，西门子6SE70变频器可以与PLC进行通讯，并能协同工作，满足中、高速冶金设备大传动比变化和高稳精度控制性能要求。6SE70变频器性能稳定、速度稳定精度高、动态响应好，可满足或超过现场工艺要求。