6GK7243-1EX01-0XE0常备现货

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1 、 引言

    线缆行业目前正在向产品多样化、生产自动化等更高的技术层次发展。在线缆行业中，应用广泛的就是放线架，而动力放线架又是其中技术含量较高的一种设备。动力放线架一般要求变频器含有PID调节的功能，并且PID是可以双向控制的。目前在行业应用中，只有艾墨生和SIEMENSE以及国产的深圳汇川等少量的变频器可以不加任何辅助配件就可实现这样的要求。
   
    丹佛斯变频器是目前拥有此项功能的进口变频器，出色的VCC矢量控制性能和良好的可靠性，更保证了丹佛斯变频器在线缆行业的优越表现。

2 、工艺介绍

    动力放线架作为多种设备的前端，在线缆行业中有着广泛的应用。一般来说，对动力放线架的要求有以下几点：

a  在引取速度加快时，放线速度也跟着引取速度快速加速；
b  在引取速度减速时，放线速度也跟着引取速度减慢；
c  当稳定运行在某个速度时，放线架的摆杆要稳定；
d  当出现松线和断线的时候，要求放线盘可以进行自动反转。

    以上的几点要求全部有变频器的PID功能完成，而且要求变频器对速度的反映要相当灵敏。

3 、控制方案
     
    丹佛斯变频器是高性能进口通用变频器。与传统意义上的变频器相比，在满足客户不同性能、功能需求方面，它不是通过多个系列产品来实现（从而增加额外的制造、销售、使用、维护成本），而是在客户需求合理细分的基础上，通过变频器本身自己特点来实现的。丹佛斯变频器在频率源的组合方面灵活多样。      
        
    针对动力放线架对变频器的要求，丹佛斯在过程PID控制模式上，给定的参考值是以工程量考虑的，其中工程单位很多，且其PID功能能够实现双向输出，这样通过PID的双向输出就能实现正反转控制。具体接线图如下：
 
    变频器控制模式采用闭环过程控制方式，主给定来自变频器本身多段速度当前预置频率1，（参数P215），反馈信号来自摆杆所连接的电位器信号0-10VDC，这样可以实现PID的双向作用。加减速时间为0.1s。

4、调试

    丹佛斯变频器在接线和调试方面都是很方便的。调试中应该注意的问题：

a  选择过程控制之前运行时，一定要先进行调谐操作，以使变频器自动识别电动机的等效参数，这样变频器的控制才能更准确、更迅速；

b  PID的作用方向一定要选为反作用，这是一个正反馈系统；

c  由于动力放线架都有抱闸装置，所以停机方式请选择自由停车；

d 丹佛斯变频器在过程控制时给定是以工程量为单位的，本事例是以%为单位的，这样就很方便的将摆杆大位置设定为（对应于摆杆电位计10VDC）， 调试的关键在于找到摆杆稳定工作的点，然后将这点所在的位置定义为PID的给定；

5 、结论
   
    在实际应用中，丹佛斯变频器对速度的响应非常灵敏，在快速速度跟踪和松线反向

用TD3100电梯专用变频器对办公楼内电梯进行改造，该电梯为5层5站，高速度1.75m/s，额定载重1000Kg，外部控制器使用的是 PLC ，控制方式为多段速度控制。整个改造过程分两个阶段，下面进行详细介绍。

一、多段速度控制的改造

　　　改造时间紧，为确保一次成功，我们提出在尽量不改变硬件的前提下，用艾默生TD3100取代安川616G5，控制方式保持为多段速度控制。

1．系统配置图



　　　改造后，使用了与曳引机功率相匹配的TD3100－15KW变频器，因为TD3100内置制动单元，所以可以省去原先使用的制动单元；另将TD3100的抱闸控制继电器串联在PLC的抱闸控制输出上，保证控制时序。

2．现场调试

　　　首先将原来的变频器输入信号作标记，然后将TD3100变频器安装到控制柜中。在完成了所有硬件的安装后，我们给系统上电，按各种多段速度设置好TD3100的F3组功能码相关参数。此时变频器一切正常，我们试着检修（慢车）运行，启动不久变频器报E025（编码器故障），我们判断：编码器输入信号接线有误。于是我们重新检查更改了编码器的接线，此时变频器已经能正常的检修运行、正常高低速运行。表明在没有修改PLC控制程序的情况下，PLC和变频器的逻辑配合正常。从现场运行情况看来，在高速、低速运行时，电梯运行都较为平稳，启动与停车的0速控制时的变频器转矩完全符合要求。
主要调整了电梯的启动和停车的舒适感、运行舒适感、平层精度。通过调整爬行速度进行平层调整。经过调试后，电梯的各种性能达到较高要求，启动和停车基本没什么感觉，运行过程舒适感也较好。改造取得圆满成功。

二、距离控制方式的改造

　　　以多段速方式改造后的电梯在稳定运行2个星期之后，为了tigao产品档次，tigao电梯运行效率，我们决定使用TD3100变频器的距离控制方式对电梯进行再次升级。

1．系统配置图

2．现场调试

　　　先进行自学习运行，从底层运行到高层后，每层的高度就被存储在变频器中。自学习完成后，让电梯自动运行。我们根据功能码F4.07（平层调整）调整了平层精度，达到了较高的要求。升级为距离控制确实大大tigao了运行效率，还解决了以前控制程序存在的一些不合理的地方，如：控制器中检测的距离脉冲容易产生误差，并且会累积，只有在端站才能清除误差，造成换速点误差较大，影响平层精度。采用距离控制还可以简化控制器的编程。改造后电梯运行稳定。

一、变频恒压供水的特点

1. 节能，可以实现节电20%-40%，能实现绿色用电。
2. 占地面积小，投入少，效率高。
3. 配置灵活，自动化程度高，功能齐全，灵活可靠。
4. 运行合理，由于是软起和软停，不但可以消除水锤效应，而且电机轴上的平均扭矩和磨损减小，减少了维修量和维修费用，并且水泵的寿命大大tigao。
5. 由于变频恒压调速直接从水源供水，减少了原有供水方式的二次污染，防止了很多传染疾病的传染源头。
6. 通过通信控制，可以实现无人值守，节约了人力物力。

二、节能原理

    由水泵的工作原理可知：水泵的liuliang与水泵（电机）的转速成正比，水泵的扬程与水泵（电机）的转速的平方成正比，水泵的轴功率等于liuliang与扬程的乘积，故水泵的轴功率与水泵的转速的三次方成正比（既水泵的轴功率与供电频率的三次方成正比）。根据上述原理可知改变水泵的转速就可改变水泵的功率。

liuliang基本公式：

    例如：将供电频率由50HZ降为45HZ，则P45/P50=（45/50）3= 0.729，即P45=0.729 P50；将供电频率由50HZ降为40HZ，则P40/P50=（40/50）3= 0.512，即P40=0.512 P50。 

    水泵一般是按供水系统在设计时的大工况需求来考虑的，而用水系统在实际使用中有很多时间不一定能达到用水的大量，一般用阀门调节增大系统的阻力来节流，造成电机用电损失，而采用变频器可使系统工作状态平缓稳定，通过改变转速来调节用水供应，并可通过降低转速节能收回投资。从下图我们可以形象的看到三种liuliang控制方式的比较。

100KW三种liuliang控制方法的耗电实测比较表：

    很多电机拖动设备都存在裕量较大、工作效率低、电能耗量大、启动电流大、工作噪声大等难题。且不断的影响企业的经济效益，而投资变频器可以从根本上解决这些问题，一般情况下，完全可以改善工艺条件,并且投资回收期不超过10个月。

三、变频调速恒压供水设备的主要应用场合

1、高层建筑，城乡居民小区，企事业等生活用水；
2、各类工业需要恒压控制的用水，冷却水循环，热力网水循环，锅炉补水等；
3、中央空调系统；
4、自来水厂增压系统；
5、农田灌溉，污水处理，人造喷泉；
6、各种流体恒压控制系统。

四、变频恒压供水设备的系统组成 

    变频器是整个变频恒压供水系统的核心部分。其系统组成框图见图1

    图中，水泵电机是输出环节，转速由变频器控制，实现变liuliang恒压控制。变频器接受PID控制器的信号对水泵进行速度控制，压力传感器检测管网出水压力，把信号传给PID控制器，通过PID控制器调节变频器的频率来控制水泵的转速，实现了一个闭环控制系统。由于易能变频器本身具有PID调节功能，可以不选用外置PID调节器，调节更加平稳。 

五、易能EDS2000系列变频器在变频恒压供水系统中的应用和设置步骤 

    由于易能EDS2000系列变频器具有内置PID调节器，所以部分厂家在使用易能EDS2000系列的内置PID调节后，使综合成本降低，而易能EDS2000系列变频器也因其理想的睡眠功能为广大用户大大tigao了节能效率。其基本接线图如下,功能设置紧跟下图。

1 引言 

   本1700mm热连轧工程是公司“十五”产品结构调整的重要项目，该项目采用了具有我国自主知识产权的鞍钢asp中薄板坯连铸连轧生产工艺，主要生产1.5（1.2）～12.7mm×900～1500mm的中宽带钢，一期工程年产量250万t，在该项目中采用了多项新工艺、新技术，其中轧机的主传动实现全数字化、全交流化是tigao设备传动能力，减少维护量，tigao可靠性的重要措施。经过多方考察论证，轧机主传动部分采用了siemens公司成熟的simadyn-d交-交变频全数字矢量控制系统，功率单元由国内金自天正智能控制股份有限公司配套，传动的保护、合/分闸逻辑及面板操作监视、通讯、速度配合等公用控制部分采用了siemens公司新推出的tdc控制器。全线主传动由1架带有立辊的粗轧机和6台精轧机组成。主要电机数据如附表所示。

2 系统构成

    由于在同样的传动功率下，同步电动机因功率因数高所需配置的传动功率装置容量比异步电动机减少约15%，且弱磁调速时的过载能力也比采用异步电动机高，弱磁特性平滑，适合轧机类要求过载能力大的冲击负荷使用，轧机主传动全部采用了凸极式同步电动机；在交-交变频的主回路接线方式上，主要考虑到避免3次和3倍频谐波在电机定子绕组中流通，影响电机运行的力能指标。采用电机定子绕组星接、变频功率装置星接，星点各自独立的接线方式，这种接线方式同时带来了利用交流偏置技术，达到减少整流变压器二次电压，tigao装置电压安全裕量的效果。功率变换装置采用电网自然换流逻辑无环流可逆三相桥式变流器组成，精轧机传动主回路原理图如图1所示。

图1 精轧机传动主回路原理图 

    每套系统由6个定子侧功率柜（每相两柜并联），一个励磁功率柜，一个辅助开关柜和一个simadyn-d柜组成，采用2500a/4000v晶闸管元件，电压安全系数2.42，电流安全系数2.17（均流系数按照0.9计算）。

3 交-交变频电路工作原理

    三相交-交变频电路是直流驱动可逆整流电路的自然延伸，相当于3台可逆整流装置按照星形连接后，将三相对称的电流给定信号进行功率变换和放大，每组整流装置的触发导通、电网电压换向的基本原理都和我们熟知的三相桥式可逆整流电路相同，但由于采用了电路星点和电机星点相互隔离的接线方式及需要不失真地放大一个三相对称电流，带来了以下的特殊性：
    （1）至少要有不同输出相的正反两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。
    （2）同一组桥内的两个晶闸管靠双窄触发脉冲保证同时导通，两组桥之间则是靠触发脉冲有足够的宽度（>30°），以保证任意时刻触发换向时，同时有四个脉冲存在。
    （3）由于每相的可逆整流装置都需要交替输出正向和反向的电流，以便形成三相交流电流输出，因此可逆整流装置是按照输出频率频繁工作在正向整流、正向逆变、反向整流、反向逆变状态，而正反组换向时的死区会影响电流过零点的平滑性，从而使输出的高频率受到了限制，但可逆整流装置正反组频繁交替工作的特点，也使得同样容量的可逆整流装置用于交-交变频比用于直流传动，理论上过载能力会增加约倍。
    （4）因正反组换向时的死区限制了输出频率的tigao，并会使电流过零不平滑而导致转矩脉动（引起电流过零不平滑的另一个原因是电流断续所导致的移相特性的非线性），为此需要采用新的零电流检测机理，使零电流检测时间由直流传动的5～7ms减少到1ms左右。新的零电流检测机理是基于直接检测晶闸管两端的电压，同时用管子的触发脉冲信号作为连锁判断的条件。其基本判断逻辑为：当该管子有触发脉冲时，若管压降不为零表示该管子已关断，若管压降为零，表示该管子导通，当所有的管子均关断时，判断为零电流信号，从而消除了在直流传动中常规判断零电流信号所必须的检测延时和安全延时的时间，但由于直接将检测管压降的高压回路引入判断零电流的低压检测回路，需要采用可靠的光电耦合隔离措施。

4 控制系统

    控制系统采用了气隙磁场定向的矢量控制原理，这是目前高性能交流电动机调速普遍采用的方法，其基本原理来源于电机的统一理论，即任何电机的转矩都是由两个相对静止的磁场相互作用产生的，转矩的统一方程如下：
    

式中：tm为转矩，ψd、ψq分别为d轴、q轴磁链值，id、iq分别为d轴、q轴磁化电流值。

    如果空间矢量iq与ψd正交，则 即磁通和电流相互解耦，矢量控制的本质就是通过定向和矢量变换，将实际加到电机上的三相交liuliang变换为d、q坐标系的直liuliang，然后在相对静止的d、q坐标系下按照常规直流电机双环调速的方法进行控制，输出在d、q坐标系下的电流给定，然后再经过坐标变换为实际的a、b、c系统下的交liuliang，由交-交或交-直-交大功率变换装置进行功率放大后注入电机，便实现了实际的交流电动机按照直流电动机磁通和电流相互解耦的方式运行。所谓气隙磁场定向就是指反映磁通的d轴，也就是电机内部合成气隙磁场所在的轴线。系统控制原理图如图2所示。

图2 系统控制原理图

    图2中符号的说明如下：＊表示设定值，iα,β表示定子电流，m表示同步电动机，n表示速度，i1,2,3表示相电流，m1表示电压模型，ψ表示磁通量，u1,2,3表示相电压，m2表示电流模型，ie表示励磁电流，φr表示转子位移角，vd表示矢量转换，iact表示电流实际值，s表示转子位置设定输入，iu表示激磁电流，cosφm表示电机电流偏移因数，φs表示磁通轴向角度，λ表示转子轴向角度。

    气隙磁场定向矢量控制的关键就是如何正确地计算实际气隙磁通的幅值和相角，以便按照电机内部所发生的电磁现象的逆过程进行矢量变化处理，如果定向计算不准确，人为进行的变换处理就不能正确反映电机内部实际发生的物理过程，从而给控制造成偏差，磁通定向计算的基本思想如下：

    以电压模型为主，电压模型采用实际的电机三相电压和电流信号，通过以下公式获得：

    式中: uαs、uβs和iαs、iβs由电压、电流实际信号经3/2变换获得，rs和lsδ分别为定子绕组电阻及电感。
    经矢量分析后可得: 

    式中：ψ和ψs分别为气隙磁链矢量的大小和方向。

    电流模型通过电流设定值、磁通设定值和电机轴上安装的测速编码器，由单变量闭环求解，其主要思路仍然是利用设定值计算出希望的气隙磁通幅值和相角（这也是电流模型不准确的主要原因），但由于将φ1－φ2坐标系下的给定量变换到d-q坐标系下进行磁路运算，并考虑了动态过程中阻尼绕组对磁路的影响，tigao了电流模型计算的准确度，通过采用单变量闭环运算，tigao了模型计算的精度。

    电流和电压模型根据电机的输出频率进行平滑过渡，一般额定转速10%以下采用电流模型，额定转速20%以上采用电压模型。

    控制系统的另一个特殊问题是三相电流调节器，由于矢量控制要求交-交变频器的输出电流随时变化（稳态运行时为正弦变化），这样电流调节器仅采用常规的pi反馈调节，就会有跟踪误差，使输出电流滞后于给定电流，从而影响矢量控制的效果，因此必须引入电压前馈补偿环节，事先计算出产生电流所需加入的电压给定，并通过调试确保前馈补偿量基本满足控制量要求，而电流pi调节器输出只起校正控制误差的作用，电压前馈的计算公式为：
uφ1=rs iφ1－ωlsδiφ2
uφ2=rs iφ2+ωlsδiφ1+ωψ
    式中：uφ1和uφ2为定子电压给定量，iφ1和iφ2为定子电流给定量，ω为角速度，rs和lsδ分别为定子绕组电阻及电感，ψ为气隙磁链矢量的大小。

    上述控制思想采用simadyn-d全数字、可自由配置的模块化控制系统实现，程序基于unix的图形化编程软件，采用struc g编制，用strucview进行阅读，采用ibs5.01进行调试，并可借用excel表的宏命令生成参数化文档。

    simadyn-d控制柜包含sr24.3主机箱，由与p1处理器绑接的it41输入输出模块接受光电码盘返回的测速信号和位置信号，并完成速度控制和通讯任务；由p2处理器和两块与之绑接的it42输入输出模块完成矢量变换运算，并终形成定子三相电流设定值和转子励磁电流设定值，输入给ep22+is1及p3处理器+itdc模板，由ep22完成三相电流调节，并由与之绑接的is1接口模板完成定子三相脉冲的形成、隔离与放大；由p3处理器完成转子励磁电流的控制，和部分与ep22的信号交换、内部控制信号的输出等，由与之绑接的itdc接口模板完成转子励磁脉冲的形成、隔离与放大；采用在cs7通讯母板中插入ss4、ss52、ss52通讯子模板形成一个dust1通讯接口，用于编程调试，两个profibus通讯接口，用于连接本柜的et200s远程i/o和tdc传动控制器，完成对交-交变频功率柜各种保护和联锁信号的采集和与外部启停、给定和故障联锁信号的通讯。

    tdc控制器也是以机架为基础构成的控制系统，但在保留simadyn-d系统多处理器并行优势的基础上，系统设计更为简练，只有一个机箱和两种cpu，i/o模板和通讯模板，集成度更高，采用了开放的vme背板总线技术，采用基于bbbbbbs的图形化编程软件cfc编程，cfc软件安装在step7环境下运行。
 
   在精轧区域的6个机架共用一个tdc控制器，负责完成整个机架的启停逻辑，急停操作、速度给定、速度给定斜坡设定、外部信号联锁（电机、变压器、润滑系统等）及与精轧l1主控制器的通讯，与精轧区域相关传动设备的通讯，并通过与op17操作面板通讯完成对各机架的本地操作、运行监视、故障报警、温度指示和在dsg模式下的速度开环调试功能。

5 结束语

    济钢1700mm热连轧主传动系统的速度控制静态精度达到了%，速度动态响应小于50ms，电枢电流响应时间小于10ms，转矩脉动小于 0.8%，达到了连轧机组主传动的设计要求，其硬件配置和软件控制水平都代表了当前传动领域的世界水平，是轧机主传动控制的代表之作。