西門子6RA28全數(shù)字直流調(diào)速裝置在冷彎機(jī)組上的應(yīng)用
2005/9/16 13:43:00
摘要: 介紹全數(shù)字直流調(diào)速器SIMOREG K 6RA28的技術(shù)特點(diǎn)和工作原理,以及在冷彎機(jī)組上的應(yīng)用,關(guān)鍵元器件的選擇、現(xiàn)場安裝、調(diào)試、維護(hù)方法等。 關(guān)鍵詞: 冷彎機(jī)組 直流調(diào)速數(shù)字裝置 冷彎工藝 0 引言 冷彎型鋼生產(chǎn)線一般由開卷機(jī)、校平機(jī)、冷彎機(jī)組、定尺飛剪或停剪機(jī)組、出料架等基本設(shè)備單元組成,(如圖1所示)。卷料或帶鋼料經(jīng)開卷機(jī)放料,通過開卷機(jī)與校平機(jī)的速度匹配將卷料進(jìn)行校平操作,再經(jīng)冷彎機(jī)組的冷彎加工形成需要的合格截面,然后通過定長檢測和切斷、打包或后處理完成具體產(chǎn)品的生產(chǎn)活動(dòng)。本文主要討論全數(shù)字直流調(diào)速器SIMOREG K 6RA28在冷彎機(jī)組上的應(yīng)用。 直流調(diào)速裝置由過去的M-D機(jī)組、模擬式直流調(diào)速裝置發(fā)展為全數(shù)字直流調(diào)速裝置;模擬式直流調(diào)速系統(tǒng)采用模擬元件,由于元件老化、干擾等原因,系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性難以保證,故障率相對較高,同時(shí)存在安裝、調(diào)試、維護(hù)困難等缺點(diǎn)。全數(shù)字直流調(diào)速裝置由于采用高精度、快速、穩(wěn)定的CPU處理器以及利用軟、硬件結(jié)合控制的方法,因而大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性,并且具有自診斷功能、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、使用維護(hù)方便、便于通訊等優(yōu)點(diǎn),尤其在控制要求高、起動(dòng)力矩大、現(xiàn)場環(huán)境差的情況下,全數(shù)字直流調(diào)速裝置更顯示出它的優(yōu)越性。如:20世紀(jì)80年代以前,廣州異型鋼材廠引進(jìn)的當(dāng)時(shí)國內(nèi)最大的PR700/8冷彎型鋼機(jī)組,1992年武鋼集團(tuán)漢口軋鋼廠引進(jìn)的PR1100/12.7冷彎機(jī)組,至今也是國內(nèi)最大的冷彎型鋼機(jī)組之一,其冷彎機(jī)組的驅(qū)動(dòng)裝置就是全數(shù)字直流調(diào)速裝置,其成型機(jī)組的驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別為:DC2,100KW,0~1000/1500r/min和DC2,200KW,0~1058/1500r/min,我公司選用的貨架冷彎成型機(jī)組的驅(qū)動(dòng)功率也達(dá)到了132KW,主要選用全數(shù)字直流調(diào)速器SIMOREG K 6RA28作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)速裝置,考慮到在線預(yù)沖孔的速度瓶頸影響設(shè)計(jì)貨架冷彎成型機(jī)組成型速度最大可以達(dá)到20M/min。 由文獻(xiàn)1中知道:絕大多數(shù)冷彎型鋼機(jī)組成型機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)為直流電機(jī),經(jīng)減速箱及分配齒輪箱帶動(dòng)各成型機(jī)架的輥軸轉(zhuǎn)動(dòng),達(dá)到冷彎成型的目的。 1技術(shù)特點(diǎn)和工作原理 SIMENS公司直流調(diào)速控制器6RA28 SIMOREG K 整流器是用于直流調(diào)速的全數(shù)字控制的緊湊型整流器,自身帶有不可控的整流橋,用于勵(lì)磁回路供電, 勵(lì)磁回路采用單相半控橋B2HZ,電樞和勵(lì)磁回路的功率部分為電絕緣晶閘管模塊,所以其散熱器不帶電。強(qiáng)電聯(lián)接部分的屏蔽罩子和端子蓋防止在整流器附近工作時(shí)的意外觸碰所有的接線端子都可從前部接入勵(lì)磁由一個(gè)不可控單相橋整流器供電。接入三相電源為直變速傳動(dòng)提供電樞和勵(lì)磁電源,額定輸出電流達(dá)30A~600A根據(jù)應(yīng)用場合,整流器可作單象限運(yùn)行,或作四象限運(yùn)行。本生產(chǎn)線選用四象限運(yùn)行的6RA23全數(shù)字的直流調(diào)速控制器.可以正方向運(yùn)行,也可以反方向運(yùn)行,并有高、低速轉(zhuǎn)換設(shè)置,電機(jī)電樞由一個(gè)三相全控橋供電。 所有的開環(huán)和閉環(huán)傳動(dòng)控制功能和通信由一個(gè)功能強(qiáng)大的16 位微處理器實(shí)現(xiàn),所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)控及附加功能都由微處理器來實(shí)現(xiàn),再選擇給定值和反饋值為數(shù)字量或模擬量。 SIMENS公司直流調(diào)速控制器6RA28 SIMOREG K 整流器的內(nèi)部由控制單元、功率單元、勵(lì)磁單元、整流驅(qū)動(dòng)單元構(gòu)成,控制單元包括模擬/數(shù)字輸入輸出接口;測速機(jī)、脈沖編碼器、通訊接口、七段顯示器等,其中通訊接口又包括:控制盤端口、RS232端口、現(xiàn)場總線接口,現(xiàn)場總線接口用于通過外部PLC控制,而RS232端口和控制盤端口主要用于設(shè)置傳動(dòng)的參數(shù),也可以設(shè)置為外部傳動(dòng)控制接口,功率接口單元提供變流器的全部控制電源,包含帶脈沖變壓器的脈沖觸發(fā)電路,及勵(lì)磁控制電路和各種保護(hù)、測量電路、勵(lì)磁單元,內(nèi)置三相勵(lì)磁單元,提供直流勵(lì)磁電壓,整流驅(qū)動(dòng)單元將三相交流電轉(zhuǎn)換成直流電,以提供直流電樞電壓。本次討論的冷彎機(jī)組通過附加卡(選件)的PROFIBUS DP與西門子的S7-300PLC相聯(lián)實(shí)現(xiàn)有關(guān)機(jī)組的協(xié)調(diào)控制。 本文主要討論的全數(shù)字直流調(diào)速器SIMOREG K 6RA28在冷彎機(jī)組上的應(yīng)用原理見圖2。其主要應(yīng)用特點(diǎn)表現(xiàn)為:通過多圈電位器所形成的阻值變化及其電位電動(dòng)勢差值變化,改變可控硅橋的觸發(fā)角,從而實(shí)現(xiàn)電樞電壓的調(diào)節(jié),達(dá)到平滑調(diào)速的目的。 2 技術(shù)參數(shù)的設(shè)定及傳動(dòng)特點(diǎn) 打開6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器前門,有三個(gè)鍵,選擇鍵、上箭頭鍵、下箭頭鍵.和一個(gè)3位7段顯示器. 上箭頭鍵、下箭頭鍵用于選擇參數(shù)和數(shù)據(jù).選擇鍵則用于選擇參數(shù)和故障復(fù)位. 3位7段顯示器則顯示參數(shù)號,參數(shù)值,在6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器發(fā)生故障停止運(yùn)行時(shí), 三位顯示器顯示以F開頭的故障號.故障號的內(nèi)容指示見說明書.根據(jù)故障號的內(nèi)容排除6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器發(fā)生的故障.故障排除后,按選擇鍵,顯示器顯示07, 直流調(diào)速控制器在準(zhǔn)備好狀態(tài). 根據(jù)我公司某類別貨架冷彎產(chǎn)品的孔型設(shè)計(jì)規(guī)范、冷彎力的計(jì)算、機(jī)組的傳動(dòng)比及效率,確定冷彎機(jī)組的主傳動(dòng)功率為132KW,當(dāng)按下運(yùn)行命令后,主電機(jī)首先帶動(dòng)冷彎軋輥以一定速度旋轉(zhuǎn),當(dāng)成型貨架冷彎組件經(jīng)傳送軌道經(jīng)過孔位檢測光電開關(guān)位置時(shí),發(fā)送通斷電信號傳遞給孔位數(shù)計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù),當(dāng)孔位數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)發(fā)出位置檢測信號,旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行一定距離的位置檢測并向PLC提供一定脈沖數(shù),PLC檢測到設(shè)定的脈沖數(shù)后,向主電機(jī)發(fā)出減速、正反轉(zhuǎn)位置調(diào)整、停止命令,同時(shí)在主電機(jī)停止后向液壓順序控制閥發(fā)出切斷控制命令驅(qū)動(dòng)液壓剪進(jìn)行切斷操作。對于飛剪的切斷控制精度(一般飛剪的主動(dòng)力也來自冷彎機(jī)組的主電機(jī)):英國BS標(biāo)準(zhǔn)為0~+6,國內(nèi)企業(yè)設(shè)計(jì)制造精度高的也在±1左右,適應(yīng)于高速化的類似焊管的冷彎件的生產(chǎn),其設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)、工藝參數(shù)允許有大的波動(dòng),而近年來發(fā)展起來的由6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器實(shí)現(xiàn)的液壓停剪技術(shù),特別適用于貨架冷彎組件的生產(chǎn)制造,其精度最高能控制在±0.1mm以內(nèi),一般生產(chǎn)控制精度為:±0.5mm左右,其生產(chǎn)主運(yùn)動(dòng)允許有高低速轉(zhuǎn)換變化。但當(dāng)具體產(chǎn)品對冷彎機(jī)組的位置停準(zhǔn)精度要求提高后,這種開環(huán)式的有級調(diào)速就不能滿足產(chǎn)品的位置精度控制要求而采用變頻無級調(diào)速閉環(huán)控制技術(shù)。對如此復(fù)雜的位置控制系統(tǒng),變頻技術(shù)必須能克服以下技術(shù)問題:(1)將復(fù)雜的電機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡單化;(2)考慮位置旋轉(zhuǎn)編碼器反饋信號的延后和超調(diào);(3)將冷彎軋制控制過程的動(dòng)態(tài)參數(shù)描述成時(shí)變函數(shù);實(shí)際上均采取位置比較和現(xiàn)場調(diào)試延時(shí)來簡單化處理;(4)保證位置閉環(huán)的抗波動(dòng)能力高和即時(shí)調(diào)節(jié)性好(5)考慮前后工序速度匹配反饋信號的傳遞與控制上的協(xié)調(diào);(5)、機(jī)械加工與配合精度等。 3 電氣設(shè)計(jì)、制作要點(diǎn): 由于6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器中含有很多對靜電很敏感的元器件,(如:晶閘管),其承受過電壓和過電流的能力較差,設(shè)計(jì)選擇或操作使用不當(dāng)就會(huì)造成晶閘管變流器的永久性損壞,另外,根據(jù)工藝要求(手動(dòng)、自動(dòng)控制)以及為了充分挖掘6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器的PLC控制、通訊等功能,為了與冷彎型鋼生產(chǎn)線的整體控制電路上形成同一控制設(shè)計(jì),關(guān)鍵元件的選擇很重要。 貨架冷彎成型設(shè)備的電氣拖動(dòng)主要是驅(qū)動(dòng)冷彎軋輥運(yùn)動(dòng),其阻力矩TL取決于冷彎軋輥與鋼卷料之間的摩擦力FL與冷彎軋輥半徑r的乘積,即TL=FL×r。在這里,冷彎軋輥的半徑r是恒定不變的,摩擦力FL的大小與相應(yīng)的冷彎產(chǎn)品的孔型設(shè)計(jì)工藝水平、機(jī)組的傳動(dòng)效率和相關(guān)材料與軋輥間的摩擦系數(shù)等有關(guān),與轉(zhuǎn)速高低關(guān)系不大。這是典型的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性(文獻(xiàn)2)。這類負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的快慢無關(guān),所以在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速過程中,負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩保持不變。在選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)時(shí),除了按常規(guī)要求外,還根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的調(diào)速范圍、阻力矩TL的特點(diǎn)、對機(jī)械特性的要求等進(jìn)行選擇:有反饋的矢量變換控制方式應(yīng)用于冷彎成型機(jī)組和在線液壓停剪設(shè)備系統(tǒng)中,主要是為了實(shí)現(xiàn)位置定位和液壓停剪功能,目前可實(shí)現(xiàn)的位置控制精度可達(dá)到±0.1mm以上,精度越高其生產(chǎn)效率會(huì)明顯下降,甚至產(chǎn)生位置定位震蕩,我公司根據(jù)貨架產(chǎn)品的工藝特點(diǎn),位置精度控制在±0.5mm左右較合適,當(dāng)然機(jī)組的冷彎成型功及功率計(jì)算的方法和依據(jù)也較多,如文獻(xiàn)1中推薦的經(jīng)驗(yàn)算法及由側(cè)堂理論推導(dǎo)的結(jié)果等,對于機(jī)組電氣拖動(dòng)主功率的選擇是十分關(guān)鍵的,其關(guān)聯(lián)的因素還有機(jī)械傳動(dòng)效率、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇及具體產(chǎn)品的冷彎孔型設(shè)計(jì)等。 當(dāng)使用濾波器時(shí),為了在緩沖電路中解耦,在整流器輸入端必須使用進(jìn)線電抗器。磁場回路進(jìn)線電抗器用電機(jī)磁場額定電流選擇,電樞回路進(jìn)線電抗器用電機(jī)額定電流選擇。 為了保護(hù)6RA28全數(shù)字的直流調(diào)速控制器和電機(jī)及其周邊控制設(shè)備,必須嚴(yán)格按照EMC標(biāo)準(zhǔn)安裝,如:采用內(nèi)外保護(hù)接地,外部保護(hù)接零,弱電信號線、動(dòng)力線、速度反饋線屏蔽,屏蔽線與未屏蔽線分開等,同時(shí)我們在電控柜中加入了一些控制與保護(hù)設(shè)備,如:斷路器、快速熔斷器、交流接觸器、電抗器、信號隔離器等。 4 調(diào)試注意事項(xiàng): 調(diào)試前應(yīng)收集有關(guān)電機(jī)的參數(shù),如:電樞額定電壓、電樞額定電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、額定轉(zhuǎn)速等,然后按說明書先引導(dǎo)調(diào)試,如果自優(yōu)化不成功就手動(dòng)調(diào)試、設(shè)置。 用電位器手動(dòng)給定轉(zhuǎn)速時(shí)最大只能給定到1479轉(zhuǎn),這是由于電位器給定電壓不正確造成的,不影響正常工作使用。且將多圈電位器的旋轉(zhuǎn)方向同直流電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向作相對應(yīng)調(diào)整。 從生產(chǎn)實(shí)際調(diào)查可知:控制器本身雖有許多保護(hù)功能,但長期高壓會(huì)燒壞勵(lì)磁板,預(yù)防措施是在電源進(jìn)線端加接壓敏電阻(三角連接),這樣在過壓時(shí),壓敏電阻吸收能量從而保護(hù)控制器。 生產(chǎn)過程中存在6RA28全數(shù)字的直流<
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