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软启动器在冷剪控制系统中的应用

供稿:CNABB_52 2006/5/9 20:26:00

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摘要:
  本文介绍了ABB软起动器的基本工作原理,并详细分析了应用在冷剪控制系统时的控制回路原理及软件实现。关键词:
  软起动器 冷剪 控制系统Abstract: This paper introduces the basic principle of the softstarter, and the control circuit and software implementation for its application in cold shear control system is also described in detail.Keywords:
Softstarter Cold shear Control system 1 前言  冷剪是棒材生产线上必不可少的设备,在连续剪切线上,由于对冷剪定位控制的实时性和精确性要求非常高,通常情况下采用变频器或直流调速装置进行控制;对于使用定尺机完成棒材组长度定位的生产线来说,由于要等到棒材组在辊道上完全停止后才进行剪切,对冷剪定位控制的实时性和精确性不要求非常高,这时对交流电机可考虑使用软启动器控制,设备投资大大减少。2 软启动器概述  软起动器是电力电子技术与自动控制技术相结合的产物,其电路原理如图1所示。将三组反并联晶闸管串接于供电电源与被控电机之间。起动时,由电子电路控制晶闸管的导通角,使电机的端电压逐渐增大,直至全电压,使电机实现无冲击软起动;停机时,则控制晶闸管的关断速度,使电机的端电压由全电压逐渐下降至零,实现软停车,可见,软起动器实际上是一个晶闸管交流调压器。改变晶闸管的触发角,就可调节晶闸管调压电路的输出电压。在整个起动过程中,软起动器的输出是一个平滑的升压过程(且可具有限流功能),直到晶闸管全导通,电机在额定电压下工作。
  图1是ABB PSD系列软启动器产品的原理图,图中的元件如下:E1:电路板;F6:温度监视器;J1–J3:连接端子;K4:继电器,在运行状态时动作;K5:继电器,在全压状态时(Ue=100%)动作;K6:继电器,故障信号;T2:电流互感器;T5:控制变压器;V1–V6:晶闸管;X1–X3:端子板。另外,根据功率范围,还有两组或三组风扇作为标准配置。根据不同的应用要求,还可选择过载保护器。在图1中,V2、V4、V6三只晶闸管依次对应于U、V、W三相电源的正半周,开通角α相同,故三相的触发脉冲应依次相差120º;每相的正、负半周依次分别由反并联的两只晶闸管触发控制,所以同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差180º,触发顺序是V2、V5、V4、V1、V6、V3,依次相差60º。

图1
图1 软启动器原理框图

3 控制原理及软件实现3.1 软起动器的上电与起动控制  软起动器控制回路如图2所示。操作员首先手动合上开关Q50,如果没有过载等故障并且熔丝F40正常,K51将吸合,给PLC发出“上电准备好”信号,此时操作员可以在HMI画面上给出上电命令,K51将吸合,从而K10吸合,给PLC发出“上电完成”信号,完成上电操作。
起动时,操作员从操作台上按下起动按钮,电机按设定的起动时间从低速起动至设定值,给PLC发出“运行”信号。抱闸风机也与主电机同时起动。为了保护电机和机械设备,除了必须收到“上电完成”信号,还必须满足以下条件:无急停连锁;润滑油泵运行;润滑压力达到规定值;干油泵运行;空气压力达到规定值。
图2
图2 控制回路原理图

3.2 软起动器的参数设置  软起动器上电后,需对其有关参数进行设定。对于PSD型软起动器来说,主要参数及其设定范围如下:(1) 起动时升压时间:0.5~60s。
(2) 起动时初始电压:10~60%电源电压。
(3) 限流功能:2~5倍电机额定电流。
(4) 停止时降压时间:0~30s。软起动器在得到停止信号后,按照设定的降压时间,输出端由设定的级落电压(100%~30%的电源电压)降至初始电压,然后即刻降到零电压。3.3 冷剪的剪切控制  剪切控制实质上是抱闸和离合器的控制。抱闸和离合器分别由一个单向气动电磁阀控制,其控制原理如图3所示。PLC给出剪切指令的同时给出抱闸打开指令,0.5秒后离合器插入以进行剪切;当检测到剪刃闭合接近开关后,延时0.61秒(剪刃从闭合位置到原始位置所需的时间),剪切指令取消,离合器移出,延时0.2秒后抱闸锁紧。在图3中,离合器插入指令给出的同时再次给出抱闸打开指令,以确保剪切期间抱闸是打开的。
  剪切指令的给出:当钢头部到达定尺机挡板后,辊道停止,如果下列条件满足,则给出剪切指令:软启动器运行;抱闸风机运行;无急停连锁;润滑压力达到规定值;干油泵运行;空气压力达到规定值;上下剪刃锁紧;切头挡板在上位;尾部清理设备在后退位置。切头时,钢头部到达切头挡板位置即停止,然后开始剪切。所有剪切也可从操作台手动完成,联锁条件同上。
图3
图3 抱闸和离合器控制原理图

4 应用效果  该软启动器具有坚固的金属外壳设计,可适用各类应用,包括常规启动和重载启动;在前面板上可进行柔性组合的电位器式参数设定, 并配备清晰的LED状况与故障指示;电子过载保护脱扣器为电机提供比常规双金属片更有效的保护。
  对于冷剪来说,由于无需反转、旁路等控制,而且上电、起动、抱闸和离合器的控制均由PLC完成,控制回路极其简单。生产运行表明,采用软启动器控制冷剪是一种非常经济、实用的方法,系统运行稳定、可靠。参考文献[1] 许宏纲,徐方逸.软起动器原理及其应用,能源技术, 2002年6月,第23卷第3期,132-135,
[2]张加胜,张磊. 电力电子技术.山东:石油大学出版社,2004作者简介孙汉峰, 1971年生,男,大学本科,ABB(中国)有限公司工程师,现主要从事冶金自动化系统的硬件设计、软件编程和调试工作。通信地址:北京市朝阳区酒仙桥路10号恒通广厦ABB(中国)有限公司B8-3
邮政编码:100016
电话号码:01084566688-6384
电子邮箱:hanfeng.sun@cn.abb.com

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