ABB变频器在精轧机后辊道的应用

司斌

摘要：本文通过安钢第二轧钢厂精轧机后延伸辊道改造，描述了系统改造前设备状况，介绍了ABB变频器选用原因，描述了相关控制系统原理及技术关键，及系统改造实施过程，取得的相关经济指标和使用效果，肯定了此变频器在精轧机后延伸应用的效果。

一、系统投运前状况

随着科技的发展及当前市场状况，控温控轧和设备的可靠运行成了现阶段保障产品质量、获得产品利润的主要手段。而在生产过程中，精轧机机前后辊道依旧采用1997年四辊轧线设计投用的直流控制系统，采用U2板调速系统控制直流电机，已经使用20年，原设计技术性能落后，采用U2板调速直流控制系统，满足不了快速生产的要求，挖掘不出设备潜能，并且设备老化，控制系统元件、线路和功率柜可控硅老化，易爆硅和快熔，并产生漏电流，故障频繁，零部件众多，需要准备大量备件，采购备件昂贵且及其不便，部分备件全部依靠以前存储的备件维系，新备件已经停止生产，系系统接线繁琐，占地面积大，噪音高，能耗高，故障点多，无任何智能型的故障判断辅助手段，分析判断故障困难，对电机和系统保护不全。系统维护工作量大，系统接线繁琐，故障点多，不易判断问题出处，易发生大的设备故障， U2板调速系统每年都需要抽硅串检查清灰，并且对接线进线检查紧固，直流电机维护工作量大，费用高，电机需要定期更换保养，并且日常运转中需要关注电机碳刷及整流子运行情况，而现场部分巡检不便，因其在测厚仪的辐射范围内，不能进行日常巡检观测，就给设备运行带来极大的隐患。

这些技术设备问题严重影响精轧机生产能力的快速提高，影响生产节奏，成为制约精轧机生产的瓶颈。

二、原理及技术关键：

针对以上问题，我们决定对原控制系统进行更新改造。使用成熟的交流变频控制技术淘汰原来的直流调速系统。经研讨论证我们决定采用ABB公司的ACS800系列变频器。我们选用ABB公司ACS800系列变频器，型号：ACS800-04-0170-3。ACS800变频器的核心技术是直接转矩控制（DTC），DTC直接转矩控制系统由电机的电压和电流计算出定子磁链和转矩，采用砰-砰控制来实现变频器的PWM控制。DTC直接转矩由于没有电流控制环路，砰-砰控制产生的输出电压，没有任何电流限制，电压可以出现过冲现象，故电机可以获得较大的du/dt， 较大的加速电流，因而产生较快的电流响应及转矩响应。高速数字信号处理器以极快的速度采集电机状态以及实际值，与电机模型数据相比较，更新电机状态，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的，意味传动可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化做出快速响应。所以ACS800变频器适应于需要精确控制转矩的高动态性能应用场合，且满足转矩输出平稳的运行要求。另外在无速度传感器反馈的情况下其速度控制精度也可达0.1～0.5%，满足控制精度要求，不需使用速度反馈元件，节约改造开支。变频器可自动辨识，根据电机连接负载情况，选择完全辨识或简化辨识，变频器按程序对电机通电，建立电机模型，自动设定PI调节器参数，带来最佳的控制效果。

ACS800有丰富的控制软件，设定参数多达99组，满足多种控制要求。ACS800有多种定义好的应用宏，可根据负载选择不同的应用宏，如工厂宏、PID控制宏、转矩控制宏、顺序控制宏和用户自定义宏等等。我们选定工厂宏，在标准固件软件功能的参数组中，定义运行参数，为保证运行可靠性，选用加减速斜坡功能，极限值控制功能，恒定励磁启动功能等。实现辊道快速启动，加减速启停，减少对设备冲击，较硬的运行特性，保障辊道稳定，提高工作效率。多种故障报警保护，简便控制盘具备实时监控和故障报警信息存储功能。修改程序，主令直接控制电机调速，实现最佳的启停效果，避免与变频控制相干扰。原来的零位保护功能和限位保护功能不变。

三、系统改造实施：

因电气室内无多余的位置安放新的控制柜，现有辊道控制系统在用，只能利用中修的15天时间进行施工，其主要工作有拆除原有的三套U2直流控制系统，重新配置新的ABB控制系统，更换现场电机，重新敷设电机电缆，更改相关控制PLC程序，进行后期调试工作。因为工期短、任务重，首先就要求对系统有完整的设计，为施工做好充分的准备。根据以往经验，往往准备工作比较琐碎，而且影响工期，首先在中修前就必须做好准备工作，做好前期设计选型工作，原系统采用U2直流调速系统，现场采用75kw直流电机，变频器电机低速度力矩小，直流电机的低速度力矩大，经过计算现场电机选用90kw交流电机，可以满足工艺设计要求，根据电机额定電流和功率，选择变频器，选择重载大一等级的ACS800-04M-0170-3型变频。并做好系统设计工作，利用AUTOCAD软件绘制电气图纸，审核通过后，准备所需变频、接触器、导线、空开等设备零件；我们在计划阶段就确定好几个关键的时间节点，柜子拆除时间、变频及辅助设备安装时间、线路配置时间，程序编写及变频调试时间，做好突发情况的应对方案，以有力保证项目进展顺利，按时按质完成。项目实施过程中，充分利用原有资源，比如空开、接触器、导线等物料，减少物资消耗，而且尽可能按计划完成工作，避免加班加点，提高工人劳动效率，确保了中修完成前顺利投用。

四、经济指标及使用效果：

升级改造项目完成后，减少了直流电机每年2次的备件维修费用，解决了精轧机后延伸因U2板控制系统出现问题查找故障原因缓慢，处理问题不及时的问题，实现了故障的快速处理和人员的最优化，提高了产品质量和产品成材率，大大减少故障停车时间，对保障产品质量、获得产品利润起到了极为重要的作用。

自精轧机机后延伸电机控制系统变频改造工程项目完成后，其控制系统跟上国内先进水平，其实际工作状况得到很大改善，随主令信号系统反应灵敏，运行速度稳定，启停平稳迅速。限制速度、电流、转矩等控制量最大值，保护电机和控制系统，恒定励磁启动模式启动，取得静止条件下最快的启动速度，使用斩波器，消耗制动时回馈电能，避免泵升电压过高，使电机有很短的制动时间；多种故障报警保护：变频器对系统接地、过流、过载、过压等多种故障发出故障报警，其保护值可以灵活设定；实时监控和故障报警：控制盘CDP312除用于设定参数外，可选择显示3组运行参数并对变频故障信息进行显示，顺序记录64组故障信息，方便维护人员掌握运行状态，分析判断故障。

实施精轧机后延伸ABB变频控制系统后，取得了较好的经济效益：

1、做到提前预防，减少故障范围、提高处理故障效率，提高产品成材率；

2、减少精轧机后延伸系统的设备故障率，杜绝重大的设备安全隐患；

3、满足生产及减少产品对表面形状缺陷的质量要求。

4、减少故障停车时间90%以上。

项目完成后2017年与2016年影响生产时间同比减少2小时，2018年前三个月没有影响时间，经过改造后提高了产品的成材率和产品质量，提高了设备作业率，取得了较好的经济效益。

参考文献：

[1]ABB 电气传动系统有限公司，《ACS800固件手册ACS800 标准应用程序 7.x》

[2]ABB 电气传动系统有限公司，《ACS800固件手册 系统控制程序 7.x》

[3]ABB 电气传动系统有限公司，《ACS800硬件手册》