酸洗連軋線電氣自動化系統(tǒng)介紹

1、酸軋線變頻電機傳動系統(tǒng)介紹酸軋線變頻電機傳動系統(tǒng)主要分為主傳動系統(tǒng)（Main Drives）和輔傳動系統(tǒng)（Variable_Speed_Drives）兩大部分。其中主傳動系統(tǒng)主要包括五臺軋機及卡倫賽卷取機的電機傳動，輔傳動系統(tǒng)則主要包括生產(chǎn)線上除主傳動系統(tǒng)之外的所有電機傳動。一、 主傳動系統(tǒng)1. 主要組成主傳動系統(tǒng)主要包括變壓器、交流變頻單元、變頻器水冷卻單元、勵磁單元、無負載斷路器以及交流同步電機等，此外還包括一臺電機機旁ET200站和一臺輔助柜ET200站，見圖1。其中，變壓器使用圖1 主傳動系統(tǒng)主要組成部分1.1 變壓器主傳動系統(tǒng)共有7臺變壓器，類型為油浸式。其中1#-5#軋機電機分別使

2、用一臺變壓器，卡倫賽卷取機兩臺電機使用一臺變壓器，勵磁系統(tǒng)使用一臺變壓器。1#-5#軋機電機以及卡倫賽卷取機電機所使用的變壓器詳細參數(shù)見表1，勵磁系統(tǒng)所使用的變壓器詳細參數(shù)見表2。表1 主傳動電機變壓器詳細參數(shù)表2勵磁變壓器詳細參數(shù)1.2 交流變頻單元 交流變頻單元主要組成主傳動系統(tǒng)共有六套交流變頻單元，其中用于軋機的五套變頻單元由一套整流器和一套逆變器組成，另外用于卡倫賽卷取機的一套變頻單元由一套整流器和兩套逆變器組成（交流變頻單元詳細電氣參數(shù)見表3）。交流變頻單元采用了西門子SINAMICS SM150變頻器，SINAMICS SM150是一種中壓多級變頻器，其主要包括整流器（line c

3、onverter）和逆變器（motor converter）兩部分。其中整流器用于將變壓器二次側恒頻恒幅交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓，此直流電壓有三個等級分別為“AM”（+）、“M”、“KM”（-）。逆變器用于將直流電壓轉(zhuǎn)化為頻率和幅度可變化的三項交流電壓并供給電機定子線圈。整流器和逆變器都由三個相同的相模板組成（見圖2和圖3），每個相模板包含四個IGCT（見圖4），并且每個相模板都有四個端子，其中“（+）”、“M”、“（-）”用于連接直流母排，另外一個端子用于連接變壓器的一相（當相模板用于整流器時）或者電機的一相（當相模板用于逆變器時）。交流變頻單元的控制器主要由控制傳動部分的SIMOTION D

4、445和控制整流部分的SIMOTION CX32組成。表3 交流變頻單元電氣參數(shù)圖2 相模板的主要組成圖圖3 相模板的現(xiàn)場實物圖圖4 IGCT現(xiàn)場實物圖1.2.2 交流變頻單元主要功能1、整流器以及直流母排控制。2、傳動電機速度控制。3、反矢量（TRANSVECTOR）控制。4、監(jiān)視和保護功能。5、傳動順序控制（啟動/停止等控制）。6、診斷功能，傳動報錯信息以及狀態(tài)信息顯示在本地操作面板上。7、與基礎自動化通過PROFIBUS DP通訊功能。8、軸頭定位功能。1.3 變頻器水冷卻單元SINAMICS SM150主傳動控制系統(tǒng)采用了水冷卻的冷卻方式，酸軋線主傳動系統(tǒng)共有兩套水冷卻單元。每套水冷卻

5、單元主要包含以下組成部分：1、兩臺循環(huán)泵（一用一備）。2、一臺板式換熱器。3、降電導率單元（de-ionizer unit）。4、電導率、溫度、流量以及液位檢測裝置。冷卻單元詳細技術數(shù)據(jù)參見表4。表4 變頻器水冷卻單元技術參數(shù)1.4 勵磁單元由于主傳動電機為交流同步電機，要求有單獨的勵磁回路。勵磁單元主要為電機勵磁線圈提供勵磁電源，其采用了B6C整流器，主要由以下兩部分組成：1、勵磁供電柜。主要包括低壓斷路器和電抗器。（詳細參數(shù)見表5）2、勵磁整流柜。主要包括B6C整流器、勵磁電流控制以及過壓保護單元。（詳細參數(shù)見表5）表5 勵磁供電柜技術參數(shù)表6 勵磁整流柜技術參數(shù)1.5 主傳動輔助柜每臺軋

6、機與卡倫賽傳動都配備一臺輔助柜，用于控制電機風扇、冷卻單元等設備啟停控制。其中包括斷路器、接觸器以及ET200單元等，其中ET200單元通過PROFIBUS DP接口連接到相關的控制單元。每臺輔助柜需要提供一路來自MCC的380V交流電壓以及一路來自UPS的220V交流電壓。詳細技術參數(shù)見表7。表7 主傳動輔助柜技術參數(shù)1.6 電機機旁ET200柜每臺主電機都配備一臺ET200柜，位于主電機機旁。此ET200柜主要用于采集電機的相關信號，例如電機定子線圈的溫度、軸承溫度以及冷卻空氣的溫度等。ET200單元通過PROFIBUS DP接口連接到相關的控制單元。詳細技術參數(shù)見表8。表8 電機機旁ET

7、200柜技術參數(shù)1.7 主電機無負載斷路器對于每臺主電機都擁有一臺中間無負載斷路器，每臺無負載斷路器包含一個三相電動開關。其位于電氣室地下室。詳細技術參數(shù)見表9。表9無負載斷路器技術參數(shù)二 輔助傳動部分1 簡介西門子為交流傳動提供了高性能VVVF變頻器，以滿足動態(tài)性能的要求。交流傳動方案保證系統(tǒng)的高可靠性、大大節(jié)省維修成本并提高效率。傳動系統(tǒng)的選擇基于機械供貨商的電機及部件列表，傳動功率和轉(zhuǎn)矩要求的技術規(guī)范仍然以機械供貨商的電機及部件列表表為準。2 技術說明2.1電機（MKL、MKL/G、MDR） 選擇的電機在從基速n1降低到10%基速范圍內(nèi)要產(chǎn)生要求的轉(zhuǎn)矩，因此，電機在寬的速度范圍內(nèi)有一個確

8、定持續(xù)的過載能力，此外，電機在由于溫升限定的某段過載時間有過載能力，由于電機為無刷電機，所以沒存在由于電刷或整流子引起的過載限制。 交流感應電機絕緣F級，適于熱帶條件溫升依據(jù)F級而定(100K)結構形式B3依據(jù)電機和部件表而定保護等級至少是IP54 冷卻根據(jù) DIN，EN6003-6，IC411表面自冷或IC416強迫風冷軸承耐摩軸承潤滑尺寸最大為250M的小電機采用永久潤滑，電機尺寸為280S及以上電機采用干油潤滑監(jiān)控用KTY84-130的溫度傳感器監(jiān)測電機溫度端子箱頂式或右側式安裝IP55涂漆RAL7030標準 調(diào)速傳動電機依據(jù)IGBT控制的AC傳動的具體要求而定。這些主要是：u 冷卻強度

9、的變化和速度變化相一致u 產(chǎn)生附加諧波u 考慮特殊損耗對特殊電機來說，可裝有下列特殊附件：u 用于電機速度控制的脈沖發(fā)生器u 強迫空冷u 安裝在驅(qū)動軸端的接手上的圓盤抱閘脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器用于VVVF傳動來確定實際轉(zhuǎn)速，此外,脈沖發(fā)生器還用來定位和物料跟蹤。功能脈沖發(fā)生器在光半導體基礎上由一個精確的增量金屬盤和一個掃描裝置組成，兩個HTL輸出提供位移為90°的方波脈沖，因此，轉(zhuǎn)向可以監(jiān)測。系統(tǒng)設計了一個固體合金外殼保證其高度的抗振動和沖擊，溫度和老化效果用電氣方式補償。安裝編碼器通常是由空心軸和力矩臂安裝器來安裝的。某些傳動應用需安裝脈沖分配板。輸出兩個位移為90°的HT

10、L信號脈沖數(shù)量1024個脈沖/轉(zhuǎn)開關頻率0-100kHz額定負載每個輸出60mA DC防沖擊<1000m/s2防振動<10g允許的最高速度4000rpm外殼防護IP 65環(huán)境溫度0-80重量大約1.3kg電源9-30V DC2.2 變頻器"SINAMICS S120"SINAMICS 是西門子公司新一代的驅(qū)動產(chǎn)品，它將逐步取代現(xiàn)有的MASTERDRIVES 及SIMODRIVE 系列的驅(qū)動系統(tǒng)。SINAMICS 系列中的SINAMICS S120 是集V/F 控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅(qū)動系統(tǒng)，具有模塊化的設計。各模塊間（包括控制單元模塊、整流/回饋模

11、塊、電機模塊、傳感器模塊和電機編碼器等）通過高速驅(qū)動接口接口DRIVE-CLiQ 相互連接。SINAMICS變頻器適用于所有標準線電壓(380V 480V, 500V 600V 和 660V 690V +/- 10%, -15% < 1 min, 47-63 Hz). 所有組件符合VDE, IEC, NEMA 和 CSA標準 . 2.2.1 SINAMICS S120驅(qū)動系統(tǒng)的主要組成部分 SINAMICS變頻器的主要部件見以下所示：² 控制模塊(CU320)：整個驅(qū)動系統(tǒng)的控制部分；² 電源模塊 (直流母線電壓可控的ALM 和 直流母線電壓不可控的SLM)：將交流轉(zhuǎn)

12、變成直流，并能實現(xiàn)能量回饋；² 電機模塊（也稱功率模塊）：單軸或雙軸模塊，作為電機的供電電源；² 傳感器模塊：將編碼器信號轉(zhuǎn)換成DRIVE-CLiQ 可識別的信號，若電機含有DRIVE-CLiQ 接口，則不需要此模塊；² 直流24V 電源模塊：用于系統(tǒng)的控制部分的供電；² 端子模塊和選件板：根據(jù)需要可連接或插入I/O 板和通訊板。和上層自動化系統(tǒng)的通訊，以及集中操作控制，監(jiān)控和啟動，使用標準的PROFIBUS DP接口。PROFIBUS DP接口已集成在SINAMICS CU320控制模塊中。2.2.2 電源整流模塊 （整流器）智能電源整流模塊的特點：&

13、#178; 提供電壓380480 V, 500600 V and 660690 V, 50/60 Hz² 額定功能輸出250 kW to 1400 kW² 最多到4個單元，可以并行聯(lián)接擴展功率² 由于使用IGBT元件，和再生制動技術，可將電能反饋電網(wǎng)，節(jié)省電能² 電源側功率因數(shù)近似為1?；谥绷髂妇€的組態(tài)，變頻器幾乎只有有功功率² 逆變器的直流聯(lián)接電容的自動預充電² 和控制板的Drive-CLiQ接口2.2.3 負荷側的逆變器負荷側逆變器是電機模塊的一部分，它的特點如下：² 功率范圍從1.6 到1200 kW² 可

14、并行聯(lián)接擴展功率（可多至4個單元，最大到4500KW）² 使用低損耗功率元件IGBT，和使用優(yōu)化的正弦脈沖調(diào)制PWM，能確保傳動系統(tǒng)的高性能² 微處理器基礎的數(shù)字開環(huán)和閉環(huán)控制² 帶脈沖編碼器反饋，和不帶脈沖編器反饋的矢量控制，用于高精度速度控制和轉(zhuǎn)矩控制² 1/1000 Hz精度的 V/f開環(huán)控制和滑動補償² 輸出頻率從0到300Hz² 根據(jù)傳動功能，或電機列表，確定逆變器過載保護能力² 安全的逆變器輸出，例如無負載運行，通過切斷電流來進行相間和對地短路電流² 和控制板的Drive-CLiQ接口 SINAMICS

15、系統(tǒng)的架構 逆變器使用可再生活動前端技術，也稱為智能饋電（Smart Infeed），使用基于IGBT設計的電源供電。二極管基本上用于電機功率方向上，IGBT 通過一種全阻塞控制，用于再生功率方向設計用于帶多軸或連續(xù)再生功率源的組態(tài) SINAMICS的自動化接口概念和上層自動化系統(tǒng)的通訊是由Profibus DP總線系統(tǒng)來實現(xiàn)。傳送下面的信息傳動運行命令： 傳動切換接通/關閉傳動運行參考值：每臺傳動從上層控制系統(tǒng)接收參考值; 這些值為： 速度參考值 加速度參考值 張力或轉(zhuǎn)矩參考值傳動運行實際值：每臺傳動的實際值在運行期間傳送到上層自動化系統(tǒng)中去：速度實際值電樞電流實際值轉(zhuǎn)矩傳動狀態(tài)消息：從每臺

16、傳動，傳送如故障報警等消息。傳動的運行值和它們的狀態(tài)信息，在基礎自動化中被檢查評估，并在HMI上顯示。傳運診斷和消息系統(tǒng)被集成到全線診斷系統(tǒng)中去。2.3 控制單元CU320功能強大處理器單元CU320提供變頻和驅(qū)動控制。基于微處理器控制單元能夠執(zhí)行多于一個傳動的控制功能。處理器單元包括所有傳動相關的功能，例如矢量控制和回路控制功能，象轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，頻率或v/f特性。 這能滿足帶鋼相送交流變頻電機傳動的高級需求。矢量控制可以使用或不使用速度反饋。脈沖編碼器僅在需要高級動態(tài)反應或低速時也需要高精度速度控制時使用。內(nèi)部溫度模塊可使用KTY84測溫元件來測量定子的溫度。在CU320實現(xiàn)的工藝功能有： 計

17、算附加加速度 帶摩擦力被償?shù)霓D(zhuǎn)矩 處理傳動控制，包括：起動控制制動控制急停2.4 SIMOTION DSINAMICS S120 的核心控制單元CU320(V2.2)最多能控 制4 個矢量軸或6 個伺服軸，可以完成比較簡單的工藝任務。但是對于要求復雜的運動控制任務，就需要使用功能強大的SIMOTION D 控制系統(tǒng)模塊來代替CU320 控制單元。作為運動控制系統(tǒng)，SIMOTION 將邏輯控制、運動控制（定位、同步等）以及工藝控制（壓力、溫度控制等）集中在同一個系統(tǒng)中。SIMOTION 提供了三種硬件平臺： 控制器平臺，SIMOTION C； 驅(qū)動器平臺，SIMOTION D； PC平臺，SIM

18、OTION P。同一個控制程序可以在任意一種平臺上運行。其中，SIMOTION D 是基于SINAMICS S120 驅(qū)動平臺的驅(qū)動系統(tǒng)，從而使其成為一個極其緊湊同時具有強大控制功能驅(qū)動控制系統(tǒng)。SIMOTION D 具有若干種規(guī)格，具有不同的性能，其中SIMOTION D435 適用于中等規(guī)模的應用。它帶有兩個具有時鐘同步的PROFIBUS 接口以及兩個以太網(wǎng)口。同樣，SIMOTION D435 也通過DRIVE-CLiQ 接口與SINAMICS S120 的其它模塊進行數(shù)據(jù)交換。通過外擴CU320，一個SIMOTION D435 最多能控制64 個軸生產(chǎn)線相關功能用CFC程序來實現(xiàn)。CFC集成在軟件SCOUT中。所有SINAMICS控制單元CU320的功能都集成在SIMOTION D中，并和SINAMICS兼容。應用：他勵同步電機 勵磁設備的聯(lián)接 順序控制的起動控制 和上層自動化系統(tǒng)的通訊傳動監(jiān)控和保護 溫度保護 過載監(jiān)控 消息系統(tǒng) 使用操作單元的本地操作和監(jiān)控剪子控制V模式的張力控制使用V運行模式（擴展秒流量）時，產(chǎn)生附加設定值，切換到傳動控制。張緊輥“0”機架運行模式的平滑切換，是在SIMOTION D 中CFC程序?qū)崿F(xiàn)的，也包括張力控制。 邯鋼酸軋線下列傳動使用了SIMOTION D控制單元： 6