国产变频器在棒线材生产线中的应用

刘 烈， 刘 东， 洪良根

（1.九江萍钢钢铁有限公司， 江西 九江 332500；2.中冶京诚工程技术有限公司， 北京 100176）

变频器是工矿企业推动电机转速调节的关键设备。高压一般指高于690 V；低压一般指低于690 V，分别为380 V 和690 V。目前高压变频器技术已经完全被国内企业所掌握，能够完全国产化替代进口，低压变频器这一块，以前一直被外企所垄断，国产的只能做些风机水泵类简单控制。京诚瑞达凭借多年的工程经验和技术积累，自主研发低压变频器，立足高端应用，打破外企垄断，在多个大型钢铁行业工程项目中稳定应用、可靠运行，获得了用户的高度认可。本文以九江萍钢优质棒材生产线项目为背景，介绍国产HCE 变频器在该项目应用中的特点。

1 棒材生产线轧机工艺设备对驱动系统的要求

该项目的轧机是1 台全连续棒材轧机。共有16台主轧机交替排列成三排，粗轧机有6 台，中间轧机有6 台，精轧机有4 台。对于轧机传动系统，咬钢和抛钢的负荷冲击大，对传动系统的速度响应要求高，快速恢复减小咬钢速降，传输系统的动态干扰响应要求为0.002 5 s，动态恢复时间小于100 ms。本文选择的系统包括整流器，逆变器和全数字电压矢量控制系统。它消除了矢量控制系统的解耦，不需要旋转坐标转换，使得系统结构简单，直观，物理意义清晰，易于理解。

2 棒线材的生产特点

棒材的横截面形状简单，数量大，适合大规模的专业生产。线材具有小的横截面和大的长度，并且需要尺寸精度和表面质量。由于轧件长度大，轧制时间长，轧件轧制温度大，铸件头部和尾部的尺寸公差不一致，性能不均匀。在现代的棒材和线材轧制生产中，轧制速度高，轧制过程中的温度降低甚至温度升高，因此在生产棒材和线材时坯料加热温度低。加热时，必须防止过热和过热，并使比例最小化。对于易脱碳钢，必须严格控制高温段的停留时间，采取低温，快速加热，快速燃烧等措施。

3 生产线轧机变频驱动系统

3.1 棒材生产线轧机传动系统交直流方案的选择

以往的棒材主轧机传动系统通常采用直流电机，但由于直流电机后期维护量大，碳刷更换麻烦，增加了电气维护人员的工作量。而交流电机维护量少，动态性能好，随着电机制造技术，电力电子器件的发展及交流电机矢量控制技术的不断进步，采用交流传动系统技术完全成熟，工程投资不断降低，近年新建的棒线材生产线绝大多数采用交流变频传动系统，本项目主轧机电机采用交流变频驱动系统。最近几年钢厂受益于供给侧改革，效益特别好，带来了设备更新换代改造的机会，许多钢厂提出要把原来的轧机直流传动系统改成交流传动系统。因此，通过交流驱动系统替换直流系统已成为不可逆转的趋势。

3.2 传动系统技术方案设计

结合工艺要求和设备操作，整流变压器，整流器单元和逆变器分组并选择容量。整流单元按照区域设备分组原则进行分配，同一区域设备尽可能分为同一组公共直流母线，并考虑基本自动化控制区域的划分。避免将同时过载操作的设备分配到同一母线，并将负载正确分配到整流器单元上。传动系统的分组除了要满足工艺要求，还要考虑满足设计规范的要求，电气设备投资最节省。采用编码器矢量控制方法，达到最佳控制效果。

3 自动控制系统

设计采用二级自动控制系统。二级自动化控制系统执行以下主要功能：钢号跟踪，滚动程序管理，速度参考值的生成和传输，过程参数和屏幕显示，冷却程序管理，打印生产报告，故障监视和报警记录。采用SIMAT-IC S7-400 可编程控制器，用于轧机设定，参数调整，程序控制和微张力回路控制，物料跟踪控制等。生产管理级别可以管理轧制程序，工艺参数优化管理，生产信息和生产报告。轧制线设计采用自动化操作和生产，具有机器侧维护和手动操作点。减少现场搬运箱和换辊器。

4 轧制过程

首先，将钢坯从炼钢输送辊输送到高速材料架，并且需要测量装载架并测量其长度。同时，进行坯料接收，并进行人工检查，并通过剔除装置手动操作各种不合格的坯料，例如形状弯曲。报废装置最多可收集10 个废料，收集完成后，将由电磁吊车改造。钢坯加热，钢坯加热是轧制过程中的一个重要步骤，目的是提高钢的塑性，降低变形能力，同时也消除或减少钢坯的内部结构缺陷。在预热段，将板坯预热至300～450 ℃，加热段将预热段内的板坯加热至1 050～1 250 ℃。在轧制阶段，钢坯通过炉子保持辊门从炉子转移到粗轧区域然后到中等轧制区，最后到精轧机，它们分别承担板坯端面压缩，半成品轧制变形和成品轧制功能。整个18 台轧机交替排列（卧式轧机—立式轧机），从而确保轧机在横向和纵向上的变形，形成完整的轧制过程。轧制不同的钢种取决于精轧区轧机孔形状的选择和轧辊间隙的调整。连续轧制过程对轧机的主传动有严格的要求，以便动态地满足要求。“各机架间轧件秒流量相等”这个基本原理是及时快速地连续调整相关主驱动器的电机速度，以微调滚动速度，消除各种外部因素造成的干扰。要求主传动的调速范围大；高速调节和小静态速度下降（高达±0.1%）；动态速度下降很小，恢复时间很短。否则，相邻机架滚动部件的流量将失去平衡，甚至引起滚动事故。

5 现场总线的应用

现场总线是近年来发展迅速的工业数据总线。现场设备（如控制器和执行器）之间的数字通信，以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传输。由于现场总线的突出优点，如简单，可靠，经济和实用，它已被许多标准机构和计算机制造商高度重视。在自动化控制系统的设计，安装和调试过程中，现场装配系统的应用无疑是正确的，但在现场安装过程中，应注意：现场安装条件与原始设计和系统要求之间的差异和解决方案；现场各类干扰因素的防范；现场的接地系统对总线的影响。

6 实时以太网应用

它是工业现场设备的一种新的开放式实时以太网标准，在工业控制系统中使用了大量成熟的IT 技术。使用高效，稳定，标准的以太网和UDP/IP 协议的确定性通信调度策略为现场设备的实时工作建立了新标准。在线材生产线的自动控制。网络是控制的基础。为高效的自动化生产控制提供基础。通信介质，网络响应时间，延迟，误码率，传输抖动，带宽等是主要的参考指标。在实施实时以太网应用的基础上，充分发挥了现有设备的作用，结合现场总线和实时以太网技术使现场控制层与管理层全面结合起来，对生产线设备运行数据信息进行实时监测，设备运行控制和故障报警更加及时准确，为企业设备管理和生产线自动化控制提供最基本的实时数据。线材生产线的设备管理和控制更加精细、平坦、科学。

7 结语

HCE880 系列变频器产品，很好的完成了工艺及设备的控制需求，得到了用户的广泛认可。该项目的顺利投产，进一步实现了瑞达变频器立足冶金高端应用，打破国际垄断的初衷，为低压变频器国产化开辟了一条新路。同时变频器有较多的保护功能，其主要保护功能包括过流保护，短路和接地屏障保护，以及电子热敏电阻过压保护。输入欠压保护，瞬时停电保护等，有效保护其他电气设备，特别是它可以保护电机并延长电机的使用寿命。