6RA70调速装置（通用6篇）
6RA70调速装置 篇1
1 概述
近年来直流调速系统在轧钢系统中广泛运用, 其中在型材机组、冷轧机组、棒材机组等轧钢系统中使用西门子DCMaster6RA70紧凑型直流调速装置更为成熟。该装置具有结构紧凑、使用简单、控制方式灵活多样、功能强大及运行平稳可靠的特点被广泛使用在连续轧制系统、飞剪系统以及连续剪切线的自动控制系统中。
26RA70调速装置的通讯设置
西门子PLC400通过PROFIBUS-DP网络对整个装置进行核心控制, 在外控状态下对装置的启动、轧机转速的给定、停车以及急停进行控制。
6RA70直流调速装置直接挂在PROFIBUS-DP网上, 通过自身的CBP2通讯板与网络连接, 并作为网络上的一个从站接受PLC的控制。通过对装置的参数P198进行设定来定义每一个挂在网络上的6RA70直流调速装置的总线地址, PLC通过过程参数对象PPO (ProcessParameterObject) 包括参数、过程数据来对装置进行参数读写。6RA70为我们提供了5种PPO类型, 我们选用PPOI类型使PLC发送来的指令存储在通讯模板的内存里, 然后模拟量连接器将每个过程数据PZD (包括控制字、状态字、实际值、设定值) 与控制通道连接起来。另外还可以通过装置提供的位于操作面板上的串行口直接连接PC机, 使用软件DriveMonitor对装置进行方便的调试、诊断以及微调参数, 方便了维护人员对装置的控制。
3 调试顺序及基本参数设置
3.1 6RA70控制端子的参数设定
端子52、54开关量输出, 风机系统启动输出参数P774=B001
端子48、54开关量输出, 6RA70故障输出参数P772=B106
端子37控制装置的使能, 安装装置柜子门面板上的“使能”旋钮来启动装置。
端子36故障复位, P665=10
端子39内外控:
P676.1676.2=17P680.1680.2=17, P690=17
端子40, 41风机KM状态P656=18, P657=20
端子43进线压敏快熔监视P655=24
3.2 装置的内部固定给定
P644=K401速度给定的控制命令源。连接到固定给定的输出。
P401固定给定的给定参数, 对应的百分数, 0-100%对应着电机的转速 (0-最高转速) 。
3.3 正确设置电机参数 (根据电机厂家提供的电机参数)
P78.001装置的电枢进线电压
P78.002装置的励磁回路进线电压
P100电机的额定电流
P101电机的额定电压
P102电机的额定励磁电流
3.4 励磁调试
合装置的主进线和励磁进线电源开关, 通过装置参数R15、R16, 读出两个电源的数值, 电枢应该为550V左右, 励磁的为300V左右。确认正确后, 通过参数P257电机的停机励磁来调试励磁, 调整P257参数为10%、30%、50%、70%、100%, 在每个阶段用万用表量励磁输出的电压值, 100%的励磁电压值不超过200V, 读柜门电机励磁的电流表, 100%的给定应该对应到电机的额定励磁。
3.5 启动电机
首先对装置风机和电机冷却风机合闸, P774=B0001, 用柜门面板的“使能”旋钮来启动装置, 装置的面板RUN显示绿灯 (即运行状态) 。通过参数P401来给定转速, 5%、10%。电机转动。正常后将P401减小到0停车。
3.6 电流环优化
设置最优化运行, 设置P51=25, 然后合闸使能旋钮。装置自动开始优化, 注意电机必须机械卡死。以下参数被自动设置:P110、P111、P112、P155、P156、P255、P256、P826。
3.7 启动电机, 测试编码器, 速度闭环
在装置停机的时候设置P140=1、P141=1024、142=1、P143 (电机额定转速) 。设置完毕后启动电机, 给定转速为20%, 看参数R24的数值为+20%, 则反馈正确;如果为-20%, 停机后检查并调换编码器接线 (A+、A-) 和 (B+、B-) , 修改正确后停机, 将P083设成2, 采用编码器速度反馈。
3.8 弱磁优化
首先要确认电机是不是弱磁电机, 若不是则不做弱磁优化;另外若电机额定转速已经满足工艺要求也可不做弱磁优化。做优化首先设置参数P081=1, P143=电机额定最高转速, 设置参数P51=27, 开始励磁减弱的优化运行, 装置自动优化完成。完成后起机, 调速到最高转速的90%观察各个给定电机的稳定状态。
3.9 网络设置及控制
首先我们设计的理念是切换两套参数数据组, 有个内外控选择, 当单体试车调试的时候用内控, 在装置里采用第一套参数数据组。当联机网络控制的时候, 切换到外控, 采用到第二套参数数据组。用两组数据组的话可以达到在集中和单体控制的时候都很方便。
网络设置P918.001、002设置从站站地址, 此地址由自动化人员来定义。这两个参数是设置切换参数数据组, 通过开关量 (一般由安装装置的柜体门外的内外控转换开关) 来切换。当为外控的时候参数数据组切换到第一套参数, 内控时为第二套参数来控制电机。两套参数的区别就是速度给定 (参数P401) 及装置起停等需要手动设置。
结语
作为直流调速控制系统中的核心组成部分, 6RA70直流调速装置能准确、实时地反映直流电机运行状态和参数, 可靠地控制现场设备;各项性能指标充分满足生产工艺对设备的功能精度要求, 通过生产实践证明6RA70直流调速技术在轧钢各机组中的应用, 确保了轧钢自动化系统的稳定、安全、经济的运行。
摘要：本文通过介绍西门子6RA70直流调速装置在轧钢自动化系统中的应用状况, 分析和说明了6RA70直流调速系统的使用方法, 总结了该系统的调试步骤和方法, 使得该调速系统的控制优势得以体现, 满足轧钢自动化系统中的控制精度和稳定运行的需求, 为整个自动化系统正常高效运行提供了保障。
关键词：自动化,直流调速,6RA70
参考文献
[1]6RA70直流调速装置使用手册[Z].
[2]叶树.直流调速装置6RA70控制方式设计[J].电工技术, 2012.
6RA70调速装置 篇2
直流驱动系统具有良好的起、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到广泛的应用。直流调速器6RA70开放式的控制结构-Bi Co,为专业工程师打造了应用平台,可以“量身定制”的设计自己所需的控制功能,并且能及时准确的反应出设备故障位置,所以被广泛的应用于轧钢、石油、矿山等自动化领域。
在驱动系统中所出现的F030故障,即换向故障或产生过流或已通过U583发出测试命令,这个故障很难解决,F030故障的原因很多,不能一概而论,下面做详细的论述。
2 6RA70使用说明书中对于F030的解释
3 对于故障的具体分析及处理方法
以下分析均排除电流环未优化好的情况。
(1)F030故障值为1:换向晶闸管对应的封锁电压时间区太小。
如果此故障出现在变速过程中,可以适当将P159(电枢自动换向部分的转换阈值)适应放大,如图1所示,可以调节到0.5以上,参数不能设得太大,最好不要超过1%,观察系统运行情况。P160(附加的无转矩时间间隔)也应适当调大些,参数不宜设置过大,一般在0.04s到0.1s之间,如果输入的值太大,会影响6RA70装置的电压,会导致电压波动。这两个参数不能设得太大,最好不要超过1%。
F030故障是不可以用P820来屏蔽的,如果要屏蔽需要更改U580,关于U580换相控制的具体内容如下。
整流器的换向不断地受到监控。如果发现换相故障,则激活故障信息F030而且晶闸管用SIMOREG CCP来封锁。换相故障的检测是基于3个判定标准。用本参数进行试验时,它们可以单独激活/不激活。
0:不估算3个判定标准;
1:估算判定标准1(换向时足够大的电压时间面积);
2:估算判定标准2(电流峰值曲线曲率);
4:估算判定标准3(最大电流实际值)。
设定说明:每个判定标准有一个数字代码。如果被估算的判定标准多于一个,则必须输入相关数字的总和。
即当故障值为1时,可将U580改为0、2、4、6来屏蔽,但如果不是误报,容易出现更大的损失,如烧晶闸管等;当故障值为2时,可将U580改为0、4、5来屏蔽;当故障值为3时,可将U580改为0、1、2来屏蔽。
(2)F030故障值为2:电流峰值曲线向上拐。
如果电流值不是太大,那就说明产生了电流尖峰,这种情况只瞬间出现。即,Δdi/dt太大,可以将参数P155(电枢调节器的P增益)和P225(速度调节器的P增益)的值改小些,或者把参数P156(电枢电流调节器的积分时间)和P226(速度调节器的积分时间)改大些,使得系统的动态反应速度不要那么快,变得和缓些,即由PI调节器实现的滞后校正,可以保证稳态精度,限制快速性,并且消除静差。
也有可能是CUD1板的DSP芯片EPPROM有问题,可以更换CUD1板。
(3)F030故障值为3:最大电流值大于装置额定电流的250%。
一般情况下,故障值为3是比较常见的,可能原因有以下几种:
1)逆变失败:逆变运行时,一旦发生换相失败,外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路,或者使整流桥的输出平均电压和直流电势变成顺向串联,由于逆变电路的内阻很小,形成很大的短路电流。
逆变失败的原因有很多,大致可分为4类:
(1)触发电路工作不可靠:触发电路不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲,如脉冲丢失、脉冲延迟等,致使晶闸管工作失常。
(2)晶闸管发生故障:在应该阻断期间,元件失去阻断能力;或在该导通时间,元件不能导通。
(3)交流电源发生异常现象:在逆变运行时,交流电源突然断电、缺相或电压过低现象。
(4)换向的裕量角不足:设计有源逆变电路是,对于导通时重叠角的影响估计不足,造成换相的裕量时间小于晶闸管的关断所需的时间。
在理想情况下,电路处于正常的逆变工作中,如果在某个时刻触发脉冲丢失,就不能换相。某相的晶闸管将继续导通,直至电压变正,将和直流电动势顺向串联,形成短路。另一种情况是脉冲没有及时的出现,而是延迟了一小段时间,此时逆变角已经小于零,某相的电压将大于其后一相的电压,使后一相的晶闸管承受反向电压,不能被触发导通,本相的晶闸管也不能被关断,形成短路。如果脉冲正常,但由于晶闸管发生故障,同样也会造成逆变失败。如C相晶闸管T3其断态重复峰值电压裕量不足,当应该阻断期间而误导通的情况。在导通之前,由于T3承受的正向电压等于电机电动势电压和本相电压之和,特别是当逆变角β较小时,这一正向电压较高,若T3的电压裕量不足而误导通则达到导通时刻,本该由T1换相到T2,但此时T3已导通,T2因承受反压而无法导通,造成逆变失败。如果在逆变工作时,交流电源发生缺相或突然消失,由于直流电势存在,晶闸管仍可触发导通。此时变流器的交流侧由于失去了同直流电势极性相反的交流电压,因此直流电势将经过晶闸管电路而被短路。
实际上交流测各相都有电抗存在,如变压器的漏抗,线路电抗等。因此晶闸管的换相不能瞬时完成,会有一个过程。如果直流侧的电感量很大,直流电流波形是一条水平线,当由a相晶闸管换相到b相晶闸管时,因交流回路的电抗阻碍电流的变化,a相电流由Id逐渐下降至零,b相电流则由零逐渐升至Id,由于这段时间两个晶闸管同时导电,故输出电压波形既非前一相,也非后一项,而是两相电压的平均值。换相过程的存在,对整流电路的影响是使直流侧输出电压略为降低,在逆变电路中,则使直流侧输出电压略为升高。存在重叠角会给逆变工作带来不利影响,当换相裕量角不足,换相尚未结束时,电路的工作状态在b相电压ub将高于c相电压uc,C相晶闸管将承受反向电压而重新关断,而应该关断的B相晶闸管却还承受着正向电压而继续导通,且b相电压随时间的推迟越来越高,致使逆变失败。为防止此类情况发生,不仅逆变角不能等于0,而且不能太小,必须限制在某一允许的最小角度内。按经验最小逆变角一般可取30°-35°。
在6RA70中需注意以下几点。
(1)P151:αw限制(电枢),对电枢整流器触发角的逆变固定限幅。默认值为150°,也就是说逆变角最小为30°,根据需要可适当微调。
(2)P192:αw限值的控制字(电枢)。默认值为0,一般不需要改变。
(3)0电流连续:电枢变频器延迟角的逆变器稳定限值αw=P151;
断续电流:αw=P151度。
(4)1电枢变频器延迟角的逆变器稳定限值αw=P151。
出现逆变失败时应该去检查脉冲触发板是否正常,或者去检查脉冲触发板和晶闸管之间的连线是否可靠连接,可以测量脉冲线门级和阴极之间的电阻,直流调速器的型号不同电阻会略有不同,但一般都会在10Ω-20Ω之间。
2)控制柜的温度过高,电抗器有很大的声音,电抗器温度也相当高。
电抗器声音大是因为电流波形畸变导致的,电流波形越是畸变,响声越大。而且随着电流波形的恶化,元件发热。导致这一现象的原因是环境温度,其对半导体集成电路的特性,是有很大影响的,高温环境下,他们的工作特性会发生变化,信号温度漂移在所难免。所以传动控制系统,不可忽视工作场所的环境温度,功率部分晶闸管烧毁一般都是因为环境温度过高或者因散热风机散热不良或风机烧毁等原因造成的,因为电压或电流的可能性很小的,所以一定要注意散热,经常检查轴流风机的运转情况及室内降温措施是不是符合要求,高温环境下将导致系统不正常。
3)外部直流电机故障引发。
(1)换向器故障:碳刷和换向器之间换相打火,检查碳刷表面是否光滑,碳刷的弹片是否弹性疲劳,导致碳刷和换向器接触不良。
(2)电机对地绝缘差而导致,电枢绝缘不好。
4)编码器故障引发。
有可能是编码器信号极性不正确,可以将A、B通道的信号线调换一下,相应的A/、B/通道也要调换。A、A/测的是速度,B、B/测的是方向,没有用到A/、B/通道的输出信号,则将6RA70的端子X173:29/31/33短接于公共地。
5)电机启动过快。
如果电机启动过快,也会出现F030故障,可以将P303(斜坡上升时间1)放大。
6)并联的SIMOREG DC Master换向不同步。
如果是多台6RA70并联运行,就可能存在换相不同步的可能,这样也有可能报F030故障。
解决换相不同步,可从PLC程序及6RA70参数设置入手。如图2所示。
假设使用的是双6RA70或可切换为任意一台6RA70驱动直流电机的直流调速系统,如果PLC得到6脉波运行的命令,将16进制的1,送入K3009(通过第一块CB/TB板接收到的数据,字9),即B3900(通过第一块CB/TB板接收到的数据,字9,第0位)为1,B8900(通过第二块CB/TB板接收到的数据,字9,第0位)同理。如果12脉波运行,将16进制的0,给K3009,即B3900为0,B8900同理。将一号6RA70的转矩方向输入传给2号6RA70的转矩方向输出,给入K9210(连接器转换开关1的输出),K9210的第0位是B9052,当B9052和B220(并联驱动装置的转矩方向使能)为1时B9350(与门1的输出)为1,输出给B9482(开关量信号选择开关1的输出)。通过选择CBP1还是CBP2后,输出给P165(选择开关量连接器去控制“在转矩方向改变时的转矩方向使能”功能)。
设定如下参数:P165.01=B9484;P165.02=B9484;U110=K9210;U113.01=B220。
确认两个并联的6RA70换相时同时改变转矩方向,避免了换相不同步而产生瞬间尖峰电流的情况。
另外,励磁电源也很重要,如果在运行过程中励磁电源掉电,那么电机会失磁飞车,这样会损坏励磁线圈与电枢绕组,电枢绕组损坏可能会产生F030故障。这样的事故是一定要避免的,励磁一定要可靠连接。
4 结论
“F030”是直流调速装置SIMOREG DC Master6RA70在现场运行中的常见故障。由于原因较多,不易分析判断,需要仔细研究其根源,并积累一定的现场经验,才能在问题出现时迅速解决。
参考文献
[1]黄俊.半导体变流技术[M.]北京:机械工业出版社,1986.
[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统(第三版).北京:机械工业出版社,2003.
6RA70调速装置 篇3
1.1 背景介绍
某钢铁厂1350板坯连铸机是我国第一台自行设计、自行制造，仅引进少量关键设备和技术建设起来的现代化大型板坯连铸机。铸机为一机两流，全弧形，四点矫直，冶金长度27.1m，年设计生产合格连铸坯100万吨。铸机于1993年10月18日一次性热负荷试车成功，投产后设备运行比较稳定，生产状况良好。
根据当时的技术水平状况，1350板坯连铸机去毛刺机采用直流模拟调速系统，但随着时间的推移，备件组织困难，电气设备逐步老化，故障率增加，2009年采用6RA70全数字直流调速装置，进行了全新升级改造。
1.2 机械系统构成
去毛刺机的机械部分主要包括以下装置。齿轮座：主要用来支撑和换向毛刺辊，保证整机运行时的平稳和水平;升降装置：主要是一个液压驱动油缸，用于将毛刺辊上升至高位和下降至低位;去毛刺辊和锤刀：锤刀安装于毛刺辊上，电机带动毛刺辊上的锤刀快速旋转，将铸坯头部、尾部火焰切割后遗留下的毛刺打掉。
1.3 去毛刺机工作原理
铸坯头部到达去毛刺减速位，切后Ⅰ组辊道、去毛刺辊道由高速转为低速运行，同时，去毛刺机电机带动毛刺辊正向高速旋转，为去毛刺做好准备。当铸坯头部到达去毛刺位，在液压油缸作用下，旋转的毛刺辊上升至高位，并在高位保持3.5s，旋转的锤刀将铸坯头部毛刺打掉;自动下降至低位，同时电机停止旋转。当铸坯尾部离开减速位时，去毛刺机电机带动毛刺辊反向高速旋转，重复上述动作，打掉铸坯尾部毛刺。
2 直流调速和控制系统构成
2.1 直流调速系统
如图1所示，去毛刺机驱动电机为直流电机，型号Z315-1A(Pe=80kW、Uae=220V、Ia e=400A，他励，励磁电流If=13.6A)。因此，升级改造选用SIMOREG DC Master 6RA70系列全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0(额定电流400A)。
2.2 上位机控制系统
如图2所示，去毛刺机去毛刺过程，电机逻辑运行动作控制信号来自上位机出坯PLC的电气室DP远程I/O。毛刺机的运行分手动和自动两种方式，其操作台和运行状态显示设置在板坯连铸机切割操作室，通过DP网络进行传输。手动方式适用于检修调试，在生产过程中完全采用自动方式。
3 控制系统完成的功能
3.1 速度闭环反馈环节的处理
如图1所示，去毛刺机直流调速系统采用测速机CSF形成速度反馈，在使用中存在以下问题：(1)测速机是10多年前的产品,厂家已不再生产,备件订货困难;(2)测速机老化严重,性能变差,同时通过电机内部齿轮连接,磨损很大,容易脱落。这诸多因素造成反馈环节质量很差,信号严重失真,电机运行波动大,机械出现严重的冲击颤动,导致门形框架、齿轮座、锤刀频繁损坏,去毛刺机维修成本大幅上升,并经常因事故停机检修,严重影响铸坯质量。因此,利用全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0具有的电压反馈功能,如图3所示,参数P083=1(测速机反馈)改成P083=3(速度实际值信号由EMF实际值通道K0287提供)。从使用一年多时间的实践证明,运行相当平稳,输出直流电压波动小于2%(采用测速机反馈输出直流电压波动大于10%),完全满足工艺提出的调速要求,节约了大量的维修费用,提高作业率30%以上。
3.2 励磁电流的优化控制
原设计去毛刺机电机的励磁电流If以永久接入方式供电。由于励磁电流If=13.6A很大，直流电机发热严重，因此必须采用强迫风冷散热(散热风机型号：Y132S1-2 5.5kW)。在实际使用中，仔细观察发现这样一个规律：生产过程中两块铸坯之间时间间隔大约为15分钟(对应拉速V=1米/分)，而对于一块铸坯而言，毛刺机真正需要旋转去毛刺的时间约为1分钟。这就是说，在大约(15-1)/15×100%≈93%的时间内给电机所施加的励磁电流If=13.6A是无用处的。相反，造成电机励磁绕组大量发热而不得不额外增加强迫风冷散热，消耗大量电能。本着优化的设计思路，在去毛刺机电机旋转运行期间加入额定励磁电流If=13.6A，在停止运行后延时一段时间(设计为6s)取消励磁电流If。
如图2所示，出坯PLC远程I/O的输出模板输出点Q8.6驱动继电器10J，继电器10J触点开闭状态决定全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0的36#端子的状态(0或者1)，从而控制去毛刺机电机励磁电流If=13.6A的接入与取消。具体过程是：当铸坯头部(尾部)到达(离开)去毛刺减速位时正转(反转)运行信号Q8.0(8.1)=1，继电器10J断开，则励磁控制信号Q8.6=0，全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0的端子36#=0，向电机接入额定励磁电流If=13.6A;当正转(反转)运行信号Q8.0(8.1)=0时，延时6s，励磁控制信号Q8.6=1，继电器10J闭合，端子36#=1，全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0取消向电机接入励磁电流，即If=0。
设计全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0的励磁运行控制参数：P257=0(停机励磁设定值)、P692=10(选择接入停机励磁的源36#端子)，如图4所示。
在出坯PLC设计去毛刺机电机励磁控制程序，控制停车励磁输出点Q8.6的状态，如图5所示。同时，在软件和硬件上取消毛刺机电机的散热风机。需要特别说明的是控制程序中的时间继电器T25，主要是保护作用。当毛刺机直流调速系统合闸以后Q8.6=0，励磁电流If=13.6A立刻加入，如果较长时间未投入运行，励磁电流If=13.6A始终满磁加入，这将导致取消散热风机后，毛刺机电机发热烧坏。因此，时间继电器T25检测到合闸2分钟后未出现运行信号Q8.0(8.1)=1，自动置位Q8.6=1，取消励磁电流的接入。
4 节能效益分析
1350板坯连铸机去毛刺机采用6RA70全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0进行了全新升级改造，可靠性、经济性大大提升，节能效果显著。
4.1 电机励磁节能
1350板坯连铸机一年停机检修时间：
T1检修=20次/年×10小时/次=200小时
去毛刺机仅仅在检修(故障除外)时停电，则一年通电时间：
T2运行=365天×24小时/天-T1检修=8560小时
则励磁电流优化控制后一年节约电能(R为电机励磁绕组电阻)：
4.2 取消散热风机节约电能（P为散热风机额定功率）
两项综合节能效益Q效益1(N=2，一机两流;J=0.5元/KW·h)
4.3 备件和质量效益
减少风机消耗4台(0.6万元/台)，由于更换一次散热风机，毛刺机停运5h/次，一年平均更换4次，铸坯不能去毛刺，造成质量异议损失100元/吨，则效益计算Q效益2=(4台×0.6万元/台+5h/次×4次×60分×1米/分×2吨/米×100元/吨)×2=52.8万元
改造后一年总经济效益：
Q总效益=Q效益1+Q效益2=6.2393+52.8≈59万元。
5 结束语
从生产实践分析得出，对于大量诸如上世纪建成的1350板坯连铸机，很多调速系统仍然还在使用直流调速。从可靠性、经济性分析，完全可以采用SIMOREG DC Master 6RA70系列全数字直流调速装置进行升级改造，其负载属于间断工作情况，完全可以借鉴电压反馈和励磁控制方式,实现更加可靠的节能减排运行模式。
参考文献
[1]SIMOREG DC Master 6RA70系列全数字直流调速装置使用说明书.
[2]STEP 7 V5.4 Help Contents.
[3]宋家成.直流调速系统应用与维修[M].北京:中国电力出版社,2008.
[4]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2005.
6RA70调速装置 篇4
攀钢1350板坯连铸机于1993年投运,去毛刺机采用直流模拟调速系统。随着时间的推移,备件组织困难,电气设备逐步老化,故障率增加,于是在2010年用西门子6RA70全数字直流调速装置对原系统进行升级改造。
1 去毛刺机工作原理
去毛刺机的机械部分主要包括齿轮座、升降装置、去毛刺辊和锤刀)。其中,齿轮座主要用来支撑和换向去毛刺辊,以保证整机运行的平稳和水平;升降装置主要由I个液压驱动油缸构成,用于将去毛刺辊提升至高位和下降至低位;锤刀)安装于去毛刺辊上,电机带动去毛刺辊上的锤刀快速旋转,除去铸坯头尾部火焰切割后遗留下的毛刺。
铸坯头部到达去毛刺减速位后,切后1组辊道、去毛刺辊道由高速转低速运行,同时,去毛刺机电机带动去毛刺辊正向高速旋转,为去毛刺做好准备。当铸坯头部到达去毛刺位时,在液压油缸的作用下,旋转的去毛刺辊上升至高位并保持3.5s,旋转的锤刀将铸坯头部毛刺打掉;3.5s后,旋转的去毛刺辊自动下降至低位,同时电机停转。当铸坯尾部离开去毛刺减速位时,去毛刺机电机带动去毛刺辊反向高速旋转,重复上述动作,打掉铸坯尾部毛刺。
2 直流调速和控制系统构成
2.1 直流调速系统
直流调速系统如图1所示。去毛刺机电机为直流电机,型号为Z315-1A,额定功率Pe为80kW,额定电压Uae为220V,额定电流Iae为400A,他励,励磁电流If为13.6A,因此,升级改造选用西门子SIMOREG DC Master 6RA70系列全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0,其额定电流为400A。
2.2 控制系统
上位机控制系统如图2所示。去毛刺机去毛刺过程中,电机逻辑运行动作控制信号来自上位机出坯PLC的电气室DP远程I/O口。操作台和运行状态显示装置设置在板坯连铸机切割操作室,信息通过DP网络传输。去毛刺机有手动和自动运行方式,手动仅用于检修与调试,而正常生产时采用自动方式。
3 控制系统功能
3.1 速度闭环反馈环节的处理
去毛刺机直流调速系统采用测速机CSF形成速度反馈,在使用中存在测速机备件订货困难、性能差等问题,造成反馈环节质量差、信号失真、电机运行波动大、机械受到严重冲击,导致门形框架、齿轮座、锤刀频繁损坏,维修成本大幅上升。因此,利用全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0具有的电压反馈功能形成速度反馈,输出的直流电压波动小于2%(测速机反馈的输出直流电压波动大于10%),完全满足调速要求,节约了维修费用,提高了作业率。
3.2 励磁电流的优化控制
原去毛刺机电机的励磁电流If以永久接入方式供电。由于励磁电流If很大,直流电机发热严重,因此必须采用强迫风冷散热,散热风机型号为Y132S1-2 5.5kW。在生产过程中,2块铸坯去毛刺的时间间隔约为15min(对应拉速V为1m/min),而去毛刺机去掉1块铸坯毛刺约1min。这就是说,大约(15-1)/15×100%≈93%时间内给电机施加的励磁电流是无用的;同时不得不额外消耗大量电能强迫风冷散热掉这部分能量。为此,在去毛刺机电机旋转运行期间加入额定励磁电流,在停运后延时一段时间(设计为6s)取消励磁电流。如图2所示,出坯PLC远程I/O口的输出模板输出点Q8.6驱动继电器10J,继电器10J触点的开闭状态决定了全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0#36端子的状态(0或1),从而控制去毛刺机电机励磁电流的接入与取消。具体过程是,当铸坯头部(尾部)到达(离开)去毛刺减速位时去毛刺机电机正转(反转)运行信号Q8.0(8.1)=1,励磁控制信号Q8.6=0,继电器10J断开,全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0的#36端子为0,电机接入额定励磁电流;当正转(反转)运行信号Q8.0 (8.1)=0时,延时6s,Q8.6=1,10J闭合,全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0的#36端子为1,取消励磁电流。
设置全数字直流调速装置6RA7081-6GV62-0的励磁运行控制参数P257=0(停机励磁设定值)、P692=10(选择接入停机励磁的源#36端子)。
在出坯PLC设计去毛刺机电机励磁控制程序,控制停车励磁输出点Q8.6的状态,如图3所示;同时,在软硬件上取消去毛刺机电机的散热风机。需说明的是,控制程序中的时间继电器T25主要起保护作用。当去毛刺机直流调速系统合闸后,Q8.6=0,励磁电流立刻加入,若去毛刺机电机较长时间未投运,则始终满磁加入的励磁电流将导致取消散热风机的去毛刺机电机发热烧坏,因此当时间继电器T25检测到合闸2min后未出现运行信号Q8.0(8.1)=1,则自动置位Q3.6=1,取消励磁电流的接入。
4 节能效益分析
4.1 电机励磁节能
攀钢1350板坯连铸机1年停机检修时间为:
t1检修=20次/年×10小时/次=200小时
去毛刺机仅在检修(故障除外)时停电,则1年通电时间为:
t2运行=365天×24小时/天一t1检修=8 560小时
励磁电流优化控制后1年节约的电能(R为电机励磁绕组电阻)为:
W节能1=Pt=93%I2 Rt2运行=93%×13.62 A2×10.4Ω×8 560h≈15 313kW·h
4.2 取消散热风机节约电能
取消散热风机节约的电能为:
W节能2=Pt=Pt2运行=47 080kW·h
式中,P为散热风机额定功率,5.5kW。
两项综合节能效益Q效益1为:
Q效益1=(W节能1+W节能2)×J×N=6.239 3万元
式中,N=2,1机2流;J=0.5元/(kW·h)。
4.3 备件和质量效益
1年1流减少风机消耗4台,每台0.6万元;更换1次散热风机,去毛刺机停运5h/次,1年平均更换4次,铸坯不能去毛刺造成质量异议损失100元/t。则该部分效益为:
Q效益2=(4台×0.6万元/台+5h/次×4次×60minX1m/min×2t/m×100元/t)×2=52.8万元
改造后1年总经济效益为:
Q总效益=Q效益1+Q效益2≈5.9万元
5 结束语
采用西门子SIMOREG DC Master 6RA70系列全数字直流调速装置进行升级改造,实现了控制的可靠性和经济性。针对负载间断工作情况,完全可借鉴本文介绍的电压反馈和励磁控制方式,实现更加可靠的节能减排运行。
摘要：将西门子6RA70全数字直流调速装置应用在板坯连铸去毛刺机中,通过改进板坯连铸去毛刺机的直流调速和控制系统,使板坯连铸去毛刺机的可靠性、经济性得以提高,达到节能的目的。
关键词：去毛刺机,全数字直流调速装置,励磁电流,时间继电器
参考文献
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[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2005
[3]史国生.交直流调速系统[M].北京:化学工业出版社,2011
6RA70调速装置 篇5
矿井提升机常被人们称为矿山的咽喉,是矿山的关键设备之一,是地下矿井与外界的重要通道,担负着矿石、物料、人员等的重要运输任务。提升机电控系统是提升机系统的重要组成部分,目前大多采用可控硅整流技术实现电动机调速。12脉动整流技术与传统的6脉动整流技术相比,在相同的输出功率下能够降低系统扰动,对稳定电网、延长电动机寿命有着重要的作用和意义。12脉动串联整流技术在确保提升机的高电压驱动电动机正常工作时,有较高的工作效率,谐波扰动较小,更能实现提升机运行过程中1组整流桥故障后的快速恢复全载半速提升,克服同容量12脉动并联整流装置在全载情况下无法实现故障后的提升问题。本文介绍采用西门子SIMOREG DC-MASTER 6RA70整流装置实现12脉动串联整流技术、进而实现提升机直流调速控制的方法。
1 提升机电控系统基本配置
整个系统有主控S7-400(ZK)PLC、辅控S7-400(FK)PLC、工控PC机3个主站,采用工业以太网构成上层信息管理网络,如图1所示。其中,主控S7-400(ZK)PLC与其下挂的控制柜远程I/O分站、辅助柜远程I/O分站、操作台远程I/O分站、高压柜远程I/O分站和3个SIMOREG驱动分站之间采用Profibus-DP协议实现数据传输,形成提升机的主控部分,完成提升机的驱动和工艺控制。辅控PLC完成行程包络线的计算和保护任务。
提升机调速系统选用西门子公司的SIMOREG DC-MASTER 6RA70系列全数字直流调速装置,速度和电流闭环由SIMOREG DC-MASTER 6RA70调节控制器实现。主回路采用电枢反向、12脉动串联方式;当1组可控硅出现问题时,12脉动驱动可手动切换为6脉动,实现全载半速运行。为实现12脉动驱动和6脉动切换,电枢主回路配置包括2台整流变压器、2台电枢整流装置、快开、电抗器、2组切换开关和2个平衡电阻等,如图2所示。整流变压器1和整流变压器2分别采用DY11和Dd0的连接方式,整流变压器1向作为主动的整流装置1供电,整流变压器2向作为从动的整流装置2供电,以确保主动整流装置的工作电源超前于从动整流装置 30°电角度。为了在低电枢电流或电枢电流等于零时,确保2个整流装置之间的总电枢电压得到对称分配,同时有利于电流过零换向,在2个6RA70整流装置的直流输出侧分别并联了1个平衡电阻(见图2中R1、R2)。R1、R2的阻值应满足在整流装置以最小电压输出时,流过电阻的电流不小于200 mA,电阻功率应满足稳定性和散热要求。为实现单整流装置的应急提升,主回路设置了QK1和QK2两组切换开关。正常12脉动状态下,QK1和QK2处于断开状态,若整流装置1出现故障,可通过闭合QK1实现整流装置2的单独运行,达到提升机应急状态下全载半速运行的目的。同理,若整流装置2故障,通过闭合QK2实现整流装置1的单独运行。该功能的设置可确保提升机工作过程中遇到中途故障停车时实现快速应急提升功能。
2 12脉动串联整流驱动参数的设置
在设置整流装置和电动机基本参数前,必须对整流装置进行恢复工厂设置操作,确保控制参数处于出厂的默认状态。根据驱动系统主电动机和编码器的各项参数,对主、从整流装置进行参数设置。在提升机处于制动状态下,主、从整流装置分别执行电流优化运行,否则,可能出现2个装置电流显示不一致的现象。
如图3所示,要实现2套6RA70整流装置的串联运行,电枢触发单元P079必须设置为2,该参数设定起到以下作用:一是使触发脉冲的持续时间直到下一个脉冲前大约0.1 ms,以每30°电角度输出1个触发脉冲;二是使电枢电流调节器的预控制从6脉动运行转换到12脉动串联连接运行;三是通过电流优化运行得到的电动机的电枢阻抗P110和感抗P111在系统内部反电动势(EMF)计算时大小自动取一半。
另外,还有几个值得注意的问题:
(1) 电枢电流预控制反电动势的输入值P193应为电动机电枢电压的一半;
(2) 电动机电枢额定电压的参数输入值也应为电枢电压的1/2;
(3) 速度调节器的比例增益P155必须取电流优化值的一半,积分时间常数P156保持不变;
(4) 自然换相时间点的校正值应设为0;
(5) 主、从整流装置之间采用并行接口通信方式,但要注意:主从整流装置之间不可进行转矩或故障互锁,否则,主整流装置报F44故障。
3 结语
基于西门子6RA70整流装置的12脉动串联整流技术已应用于南屯煤矿的提升机直流调速控制系统中,获得了较好的动、稳态驱动性能,系统电流给定、电流反馈、速度给定和速度反馈运行曲线如图4所示。
1-速度给定曲线;2-速度反馈曲线;3-电流给定曲线;4-电流反馈曲线
该系统的成功应用,克服了12脉动并联驱动为满足故障状态下安全提升而增大容量的弊端,实现了提升机不同工况下的安全可靠运行。同时,12脉动整流驱动系统基本消除了6脉动整流产生的5次、7次谐波,使整流电压、电流中的最低谐波频率增大到11次,其幅值变小,降低了对电网的干扰,减少了对通信和控制回路的干扰,以及对PLG等精密电子器件的误动作和损坏。在实际谐波测试中,5次、7次谐波分量仅占8.5 %和6.7%,远远低于国标40%和28%的要求。该系统自投入运行以来,性能稳定,安全可靠,提升效率大大提高,产生了良好的经济效益与社会效益。
摘要：文章介绍了采用西门子SIMOREG DC-MASTER 6RA70整流装置实现12脉动串联整流技术、进而实现提升机直流调速控制的方法,并给出了12脉动串联整流驱动参数的设置。该12脉动串联整流技术已应用于南屯煤矿的提升机直流调速控制系统中。应用结果表明:该技术克服了12脉动并联驱动为满足故障状态下安全提升而增大容量的弊端,实现了提升机不同工况下的安全可靠运行;基本消除了6脉动整流产生的5次、7次谐波,降低了对电网的干扰,减少了对通信和控制回路的干扰,以及对PLG等精密电子器件的误动作和损坏。
关键词：矿井提升机,电控调速,整流技术,串联整流,6RA70
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6RA70调速装置 篇6
在高炉冶炼过程中,保持稳定的料线是准确布料和高炉正常工作的重要条件之一。料线过高,对强迫下降的大钟是危险的;料线过低,会使炉顶煤气温度显著上升,对炉设备的寿命造成不利影响。为了获得高炉装料的可靠依据,必须准确探测炉料位置。探料的设备叫探尺,控制探尺升降的有交流调速装置和直流调速装置,直流调速的控制精度优于交流调速。新钢#1、#2炉大修扩容改造中,高炉探尺控制采用了西门子6RA7018-30A数字式直流调速装置,取得了很好的效果。
1 探尺传动原理剖析
新钢#1、#2高炉容积均为380m3×2,使用杆式探尺(自无料钟炉顶下密阀下部的探尺孔插入炉内)。每座高炉有2根对称布置的探尺,探杆由钢丝绳拉住,钢丝绳则绕于卷扬机绳筒上。直流电机驱动减速机,减速机带绳筒转动。
探料时,电机工作于反馈状态;探到料线后,电机电枢电压极性换向,电机对探尺产生一个与探杆重量平衡的提升力,探杆就被料面托住,随料下行;当需要向炉内放料时,必须提起探尺,并使电机电枢电压极性与放尺时一样,但电枢电压加到额定电压,电机工作在正转状态。
该直流电机为他励式Z4-112/4-14kW型;电枢的额定电压为440V,额定电流为12.3A;电机转速为980r/min;励磁绕组额定电压为180V,额定电流为2.03A。探尺直流电机的机械特性曲线如图1所示。
电机下放探尺时,向电枢施加440V直流反向电压(L-端为正,L+端为负),电机工作于反向电动状态。由于探尺重量的倒拉作用,直流电机转速从-nc过渡到空载转速-n0,探尺重力继续往下拉,使电机工作于电枢反接制动状态。此时,机械特性曲线方程为:
式中,n0为空载转速;R为电枢回路总电阻;Ce为直流电机电势常数;CM为直流电机的转矩常数;M为电磁转矩;Φ为磁通量。
放尺时,电枢在制动前工作于电动状态,在固有特性的第3象限工作,电机电磁转矩方向与转速方向相同;电机在制动状态时,机械特性曲线仍为直线3,但此时电机工作于其电枢反向的反接制动状态,处于发电状态。
当探尺探到料面时,电机不能再工作于放尺状态,否则钢丝绳会因没有受拉力作用而松弛跳槽,造成钢丝绳乱套,无法下放探尺。直流调速装置在检测到停止倒拉反接制动状态时,会改变直流电机电枢电压方向,并降低输出到直流电机电枢上的直流电压,使直流电机正向上拉的电磁转矩等于探尺的重力。这时探尺处于平衡状态,钢丝绳是拉紧的,探尺紧密接触料面,随料面下行,带动卷扬机绳筒旋转。料面检测编码器和绳筒同轴安装,通过编码器转动向PLC发出脉冲数来检测高炉料线位置。
电机在探料时工作于转速反向的反接制动状态。这种状态是电枢电压降低产生的。电机电磁转矩方向与转速方向相反。探料时,机械特性曲线为图1中直线2。转速反向的反接制动方程为:
当需要向炉内放料时,要先把探尺提起,以防炉料将探尺埋没。这时,直流调速装置要给探尺直流电机提供正向的440V额定电压(L+端为正,L-端为负)。直流电机产生的正向额定转矩把探尺提升到零位。提尺时,直流电机工作于正向电动状态,转速方向与电磁转矩方向一致。机械特性曲线为图1中的直线1。提尺电机的机械特性方程为:
2 探尺直流调速装置的电路分析
探尺直流调速装置电路图如图2所示。为了达到控制目的,探尺调速装置选用西门子数字式直流调速装置6RA7018,额定电流为30A,励磁不调节。而要达到探尺放尺、探料、提尺控制与调速目的,为该调速装道配置合理的外围电路至关重要。
6RA7018直流调速装置应用于探尺的外部接线分主回路进线,主回路出线和控制电路。
主回路进线包括电枢电压整流装置3相380V交流进线和探尺直流电机他励式励磁回路整流装置2相380V进线。电枢电压整流装置3相380V进电流程为3相380V进小型空气断路器1QF(C45N-40),滤波电抗器LE(20A/1mH),快熔1FU(RS4,30A),交流接触器1KM(CJ20-40),6RA7018调速装置的1U、1V、1W进电端。
主回路出线从6RA7018直流调速装置出来一路从L+和L-引出到直流电机的电枢接线端;一路从C和D引出到直流电机的励磁绕组。
6RA7018直流调速装置的220V交流电压控制电源引自小型控制断路器Q31,进5U1和5W1端子。X174的#34端子接+24V直流电压;#36端子为探尺提起指令;#37端子为探尺启/停指令;#38端子为探尺运行指令;#46和#47端子为直流调速装置已准备好可以工作输出指令,外接继电器K0。XT103和XT104外接测速发电机输出端子。X173的#28、#29、#30、#31为转速编码器接线端子。X175的#12、#13端子接电流表;#14、#15端子接电压表;#16、#17端子接转速表。
3 探尺直流调速装置外部控制电路分析
控制探尺提尺、直流装置启/停及运行的分别是K6、K5、K8继电器。外部的控制电路如图3所示。
当探尺无故障时,即可按2SB1按钮,继电器K5吸合,6RA7018直流调速装置的#37端子得+24V电压,发出合主回路接触器1KM的指令。接触器一端接110端子,另一端接中性线N。#109与#110端子为内部结点,#109端子进220V电压L线。直流装置无故障时,#46和#47端子间的继电器K0吸合。K0的2个常开点一个用来短接2SB1按钮自保,另一个到DCS系统通知DCS系统直流调速装置工作正常,探尺可以工作,使DCS系统发出提尺或放尺指令。
探尺提放有自动和手动模式。自动提尺或放尺指令从DCS系统发出;手动提尺或放尺指令则是通过操作手动开关发出的。放尺与提尺回路各自串有限位信号,放尺串有下限位信号,提尺除串有上限位信号外还串有主接触器合闸信号及提尺与放尺互锁信号。放尺到位,直流调速装置自动换向并调低电枢电压,使直流电机工作于反接制动状态。
探尺控制系统要检测零位、下限位、上限位信号。上限位信号是保护信号;零位信号是提尺到位信号;下限位信号是放尺到最低位信号。
4 探尺调速系统简析
探尺工作过程分提尺、放尺、探料阶段。提尺是额定转速提尺;放尺是一半左右额定转速放尺;探料是一种制动状态下的低速运转。探尺直流电机是他励式电机,不调励磁,只调节电枢电压。探尺探料时,控制精度要求较高。6R7018直流调速装置调速系统图如图4所示,是含电流负反馈、电压负反馈、转速负反馈的闭环调速系统。
转速、电流双闭环能改善调速系统的静态品质。从静态上看,虽然电流负反馈有使静特性变软的趋势,但转速反馈环的存在使情况有所改善,电流负反馈对于转速环来说相当于一种重要扰动。只要转速调节器ST的放大倍数足够大且没有饱和,电流负反馈的扰动就受抑制。也就是说,当转速调节器不饱和时,电流负反馈使静特性可能产生的速降完全被转速调节器的积分作用消除了。一旦ST饱和,转速环即失去作用,只剩电流环起作用。这时系统表现为恒流调速系统,静特性呈很陡的下垂段特性。
从动态响应看,突加给定电压Ug时,转速负反馈还来不及反应,转速调节器便很快处于饱和状态,输出恒值限幅电压Ugim,经电流调节电器LT使电机很快启动。启动后,虽然转速反馈电压Ufn升高了,但由于ST的积分作用,只要Ufn
6RA7018直流调速装置带有电压负反馈闭环。电压调节器的主要作用在于改造对象特性和缩短电压调节时间。电压环的调节作用快,而转速n和反电动势变化却慢得多。
6RA7018直流调速装置带有速度调节器和电流调节器,其比例系数Kp和积分时间Tn是改变调节器输出特性的参数。
5 调试
调试前先检查电机电枢、励磁绕组接线,测量电枢和励磁绕组的直流电阻、绝缘电阻。直流电机不允许励磁绕组开路,给电枢加压,否则,会发生飞车事故。然后检查探尺机械装置,再检查直流装置外部接线,特别是励磁绕组接线。确定无问题后设置6RA7018直流调速装置参数(见表1),参数设置完毕即可手动进行试运行。
6 结束语
直流调速装置控制探尺的控制精度要高于变频器控制交流异步电机的精度。新钢一铁厂#1、#2高炉从2003年投运至今,4套探尺直流调速装置一直运行稳定,明显好于变频调速装置。一铁厂#3、#4高炉采用变频调速控制探尺,常出现难以跟踪料面和钢丝绳乱套故障,这是由反接制动产生的提升力与探尺本身重力不能很好平衡造成的。实践证明,探尺用直流电机拖动、用直流调速装置控制是一种技术先进、经济合理的方案。
参考文献
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