变频器在冶金行业的应用

冶金行业是在国民经济中的比重非常大，是和中国的社会物质文明发展息息相关的重要产业。现代冶金企业的特点不同于其它行业的工业企业，都是规模较大，效益显著，连续、高效式地生产流程性企业。在冶金行业，企业员工的整体素质较高，企业信息化的意识较强。具备一定规模的钢铁企业基本上都已实现车间内的过程自动化控制系统，车间的生产已经高度的自动化，生产现场，有大量的现场设备需要进行控制。由于现场的环境非常恶劣——灰尘大、震动强、温度变化大，且需要24小时连续不断地运行，因此对生产现场控制设备较其他行业有更高的要求。针对这一状况我公司与合作企业共同开发、研制了中型冶金轧钢企业自动化控制解决方案。在中型冶金电气设备的设计、设备的使用和设备的调试方面积累了丰富的经验、在自动化控制工程组织实施和管理方面有一批专业人才，能够熟练应用计算机和先进的工程软件，精通多种可编程控制器、模块式人机界面、工业级PC等当前先进的自动化控制技术，对应用计算机、PLC和仪表等实现复杂的生产过程自动化控制拥有丰富的经验，在全数字直流传动设备、交流变频调试设备的实际应用中具有独特的技术优势。 在多家轧钢厂生产线上我们成功地应用了SIEMENS公司的PLC产品SIMATICS7-300和S7-200系列组成系统，采用Profibus现场总线通信方式，减少了现场布线，提高了系统的可靠性，系统一般由上位监控计算机采用西门子RACK PCIL40工控机，配置CP1613工业以太网通讯处理器，一个主站PLC采用（S7-300），同时可以带一至五个从站（S7-200）的方式构成。主站设在主控室，其余控制级与现场级从站分别设在相应的传动控制柜内，与主站实行现场总线连接，通讯协议采用Profibus-dp，主操作台设有一个从站，各个变频器机组也是通过总线时时与从站通讯，实现数据的传输与控制。采用西门子ET200远程I/O系统，通过PROFIBUS现场总线，主控制器和远程I/O系统及传动装置间互相通讯连接，以减少设备间的连线。采用总线以后使原系统更加简洁，大大降低系统的故障率。 在轧辊速度控制和卷取机的张力控制应用中，都是由从站PLC 独立完成，压轧、延伸控制也由从站PLC根据操作台的设定和测厚仪的反馈信号独立完成。分别对全数字直流控制装置以及轧辊电机的交流变频器实行自动控制；在有些改造项目中、根据用户的要求可能的话，我们有时也建议把原来的直流传动系统有步骤地改造为交流变频调速系统，更方便地控制连铸连轧板材，使原来直流调速系统的直流电机在环境恶劣条件下工作，其故障率和维修率均较高的矛盾得以解决，直接提高了连铸机的生产作业率和产品质量；随着交流变频技术的日益完善，连铸机结晶器振动装置、拉矫机和轧辊传动应用变频技术已是一种必然趋势，多项技术改造的事例也说明了这点。由于A600系列变频器具有高的性能、超低噪声，直接转矩控制等特性，在冷热轧钢厂的改造中得到了广泛的应用，该系列变频器在首钢集团和南京钢厂部分分厂得到了应用。 在冶金行业需要大的启动力矩或充分低速力矩的场合和负荷剧烈变化的负荷时,应选择其直接转矩控制功能，使启动力矩瞬时可以达到300%，变频器的最大得输出电流可以达到额定值的200%，而在高速区矢量控制同样可以弱磁运行，进行恒功率调速，其速度力矩精度响应频率性能和指标，可达到直流调速系统品质指标。由于系统有瞬停再启动,或者瞬时正反车的要求，在无磁场的情况下,可以选择预激磁或由瞬时速度来决定低速力矩,完成低速大转矩的要求。为在规定的时间内完成既定的生产任务,系统适应大负荷的惯性,加速和减速时间设定在较小的范围0.1—3s内调整，加上制动单元的配合，完全适应生产的需求，再启动控制时间可以在0.1—5s的范围内调整。由于传动单元能在几个毫秒内检测出电机的状态，因此在各种情况下电机都能立即启动，不存在启动延时现象。当启用励磁功能时，传动单元会在电机启动之前自动地给电机激磁，保证电机快速启动，并达到满转矩运行。以上性能完全满足现代化板材和线材生产线的需要，得到广大钢铁用户的欢迎。 变频器在某轧钢厂具体应用单例说明如下： 变频器系统由多台ACS601-0100-3构成，每台变频器控制2.2KW辊道电机18台，分三组，每组6台辊道电机，通过接触器和热继电器与变频器输出连接，每台电机构成独立的热保护系统，每组电机通过双投转换开关分别与工频电源或变频器相连，必要时可以工频变频转换。系统有两种操作方式,一是在操作台上手动操作,二是由PLC的全自动操作.在控制室的操作台上实现手动、自动选择,手动时可在操作台上实现电机频率(电动机速度)手动给定,在操作平台的机旁控制箱上可以控制电动机的起停。这种方式是为检修、调试设备时设置的，而连铸联轧机正常生产时是选择自动方式，此时电动机随着麻花钢的生产而自动起停与调速，其速度线性变化，线性关系由工艺给定，实现速度的自动调节，以保证其出钢速度运行在工艺的给定参数值上，以此实现连铸联轧生产过程的全自动控制。　 加减速参数的设定，传动系统一般要求快速启动,经常正反调速加速和减速时间可以在0.1—3s的范围内调整，再加上制动单元的配合，完全适应生产的需求。　 加速时间的设定计算值： 变频器的加速时间是指系统的频率从0上升到50Hz所需要的时间,即是电动机从零速上升到额定转速的时间,电动机从零速升高到工作速度ng所需的时间tqg按下式计算: 　　 tqg=GD2ng/375(Md---Mj) 式中.Md—电动机的加速力矩，计算时取值为(1.2—1.3)Me,Me 为电动机的额定转距; 　　 Mj—负载的静态阻转距； 将tqg折算到从零速升到额定转速neq的时间tqe 　　 tqe=ned*tqg/ng 变频器的软启动时间应设定得比计算的tqe长些，如果设定得比tqe短，往往会因变频器内部过电流而停止运行。 减速时间设定计算值： 减速时间也是指电动机的频率变化从50Hz到零速的时间,即电动由额定转速至零转速的时间,电动机从工作转速ng降至零速的时间可以有下式计算: 　　tzg=GD2ng/375(Mz+Mj) 式中:Mz—电动机的制动力矩，计算时取（0.2—0.3）Me; 将tzg折算到从额定转速ned降至零速时间tze 　　 tze=ned.tzg/ng 变频器的软制动时间设定要比tze长些,否则易出现直流制动过电压而跳闸。 变频器的抗干扰措施： 由于变频器装置的输出电压波形是调制高频脉冲波，变频器装置采用PWM型逆变电路，变化剧烈，因此会产生高次谐波，由于进入电动机的输出线以及进入变频器的输入线的电流会形成一个磁场，使其和接近的设备信号线发生感应而产生谐波污染。这些高次谐波，极易干扰控制电路工作，易发生电动机爬行，使电机速度不稳，直接影响的产品质量，对有些调幅(MA)无线电产品有一定影响。还对某些通讯设备和运算放大器(OA)设备等弱电设备造成一定影响。同时要求变频设备本体具有很强的EMC特性——“电磁兼容性”，即干扰辐射和抗干扰性，一台变频器可能不但是干扰源，而且也是受干扰设备，例如，整流和逆变部分可以认为是干扰源，而控制部分则为干扰接受器，变频器安装于铁壳内，即能屏蔽变频器向外辐射干扰能，又能防止外界电磁波进入变频器系统之内。同时在施工中为消除变频器对其他设备的干扰应采取以下措施； a． 应避免强电与弱电设备的采用公用接地线，一定要各自独立配线，独立接地。 b． 变频器的电源变压器的接地线要做专用接地，独立配线。 c． 动力线和弱电设备的电源线不能平行配线。 d． 变频器装置加装EMC滤波器，抑制高频谐波空间污染其他弱电设备。 e． 尽量选用加装RFI滤波器的变频器。 f． 在变频器给定输入信号与地之间接一只滤波电容器,用于将干扰信号滤掉。 控制电路采用双绞屏蔽电缆,单端接地,中间不要设中转端子,敷设时应与电力电缆之间距离大于1m,不可在同一槽内与电力电缆交叉，如果需交叉配线时应取直角，其间距离应在1m以上。若分离比较困难，则弱电设备的电源线要加用金属软管。 电动机电源线应采用4芯电缆,其中一根作为接地线与变频器柜接地相连。