安川變頻器在板坯連鑄應(yīng)用中參數(shù)的優(yōu)化

趙太平（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠，河北涉縣 056404）

安川變頻器在板坯連鑄應(yīng)用中參數(shù)的優(yōu)化

趙太平（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠，河北涉縣 056404）

結(jié)合變頻技術(shù)的發(fā)展，論述了安川變頻器在板坯連鑄自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)計(jì)時(shí)功能自由運(yùn)行停止模式和應(yīng)用點(diǎn)動(dòng)功能的選擇，V/F控制參數(shù)的最優(yōu)設(shè)置，使變頻器功能得到最大發(fā)揮，滿足了板坯連鑄工藝的需要。該變頻器的應(yīng)用既有利于生產(chǎn)，又保護(hù)了設(shè)備。

板坯 連鑄機(jī) 變頻調(diào)速 參數(shù) 控制 轉(zhuǎn)矩

1 前言

隨著變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，通用變頻器在各行業(yè)廣泛應(yīng)用，通用變頻器的特點(diǎn)是其通用性，通用性指的是通用變頻器可以對(duì)幾乎所有的普通異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。天鐵集團(tuán)煉鋼廠板坯連鑄機(jī)采用安川電流矢量控制通用變頻器，該變頻器具有上百種功能，不僅通用性強(qiáng)，而且控制功能強(qiáng)大。板坯投產(chǎn)初期，變頻器按常規(guī)使用，參數(shù)設(shè)置在出廠默認(rèn)狀態(tài)下，不能充分發(fā)揮其獨(dú)特的功能。經(jīng)過(guò)對(duì)工藝、設(shè)備的長(zhǎng)期跟蹤，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，摸索出一些參數(shù)優(yōu)化的經(jīng)驗(yàn)，使變頻器的功能在天鐵板坯連鑄機(jī)上達(dá)到了最大發(fā)揮。

2 變頻器控制方式的發(fā)展

變頻器經(jīng)歷了從模擬式到數(shù)字式的發(fā)展，早期變頻器的控制方式大多數(shù)為開環(huán)恒壓比控制，對(duì)輸出到電機(jī)的頻率和電壓同時(shí)進(jìn)行控制，使其比值（V/F的值）保持一定而得到所需的轉(zhuǎn)矩特性。其優(yōu)點(diǎn)是控制電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造成本低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)控制性能不高，調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性曲線隨著負(fù)載的變化而變化，電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，低速時(shí)的穩(wěn)定性變差，比較適合應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的調(diào)速場(chǎng)合。異步電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)輸出軸的轉(zhuǎn)速與定子同步轉(zhuǎn)速存在一定的偏差，隨著負(fù)載的增加，差值會(huì)逐漸增大，作為對(duì)V/F控制的改進(jìn)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)差頻率控制，采用這種方式控制時(shí)，需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性在電動(dòng)機(jī)軸上安裝速度傳感器來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差，通常多用在與變頻器配套的專用電動(dòng)機(jī)，通用性較差。矢量控制方式是比較先進(jìn)的控制方式，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場(chǎng)獨(dú)立控制的需要。過(guò)去也用在專用電動(dòng)機(jī)上，使用前需準(zhǔn)確地輸入對(duì)象電動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)。目前新型的矢量控制變頻器增加了自動(dòng)調(diào)整功能，可以在異步電動(dòng)機(jī)投入運(yùn)轉(zhuǎn)之前自動(dòng)地對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行自檢識(shí)辨，使得對(duì)普通異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高性能的矢量控制成為可能。天鐵板坯連鑄機(jī)應(yīng)用的安川變頻器就屬此類。

3 連鑄變頻傳動(dòng)的意義

在各種異步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，目前效率最高、性能最好的是變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。根據(jù)連鑄機(jī)各設(shè)備傳動(dòng)控制的要求，鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)必須具有平穩(wěn)啟停、快速旋轉(zhuǎn)的功能，避免鋼水晃動(dòng)，減輕對(duì)設(shè)備的沖擊，縮短鋼水受周圍環(huán)境影響的時(shí)間。因其是大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載，一般的直接交流驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)很難做到這一點(diǎn)。只有應(yīng)用具有直接轉(zhuǎn)矩控制功能的變頻器，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的快速加減速，滿足低速時(shí)有足夠的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。拉矯機(jī)是連鑄的主體設(shè)備，拉坯速度的控制精度影響到鑄坯產(chǎn)品的質(zhì)量，電氣傳動(dòng)控制的靈活性和對(duì)設(shè)備的保護(hù)與連鑄生產(chǎn)的作業(yè)率有直接的聯(lián)系。過(guò)去的直流傳動(dòng)，設(shè)備造價(jià)高，而且維護(hù)量大。基于電流矢量控制的變頻器驅(qū)動(dòng)是最佳選擇。所以連鑄生產(chǎn)線上的主體設(shè)備從鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)到在線定尺火焰切割，全部采用交流變頻傳動(dòng)，從鋼水上臺(tái)到產(chǎn)品下線，圍繞工藝對(duì)鑄坯在不同階段的控制要求，控制各段設(shè)備的變頻器應(yīng)采用不同的控制方式。

4 實(shí)際應(yīng)用中變頻器參數(shù)的改進(jìn)

4.1 停止方式的改進(jìn)

變頻器的停止方式參數(shù)b1/03有四種選擇：①減速停止；②自由運(yùn)行停止；③全域直流制動(dòng)停止；④帶計(jì)時(shí)功能的自由運(yùn)行停止。

變頻器出廠默認(rèn)是減速停止，一般場(chǎng)合的應(yīng)用很有好處，通過(guò)對(duì)減速時(shí)間的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)停車，避免了溜車或急剎車對(duì)設(shè)備的沖擊。然而用在板坯拉矯機(jī)上就存在著弊端，因?yàn)樗偷桨迮魃刃味卫锏囊敆U需要機(jī)械制動(dòng)，所以部分扇形段電機(jī)帶有電磁吸盤式抱閘。

若變頻器選擇減速停止模式，當(dāng)給出停止指令時(shí)，抱閘即時(shí)失電，電機(jī)被抱死，變頻器仍有電壓輸出，經(jīng)減速時(shí)間才能逐漸降到零，在這段時(shí)間內(nèi)，主控電腦監(jiān)視畫面里電機(jī)電流瞬時(shí)猛增。抱閘摩擦片急劇發(fā)熱，加速磨損和老化，反映到變頻器的電源輸入側(cè)，交流電抗器嗡嗡作響，變頻器損耗增加，電氣性能下降。見圖1。

若變頻器參數(shù)b1/03選擇帶計(jì)時(shí)功能的自由運(yùn)行停止模式，當(dāng)給出停止指令時(shí)，抱閘和變頻器同時(shí)失電，變頻器不再有輸出，電機(jī)很快停止，既滿足了工藝對(duì)設(shè)備的要求，也使電機(jī)電流明顯得到了改善。對(duì)抱閘、電機(jī)及變頻器起到了保護(hù)作用，抱閘使用壽命延長(zhǎng)，變頻器輸入側(cè)電抗器不再有電流沖擊的響聲。見圖2。

這種帶計(jì)時(shí)功能的自由運(yùn)行停止模式，比一般自由運(yùn)行停止還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是剛得到停止指令時(shí)，將忽略運(yùn)行指令，直到經(jīng)過(guò)了運(yùn)行等待時(shí)間T為止，運(yùn)行等待時(shí)間T由停止指令被輸入時(shí)的輸出頻率和減速時(shí)間來(lái)決定，這樣就躲過(guò)了抱閘的磁滯時(shí)間，避免了崗位工短時(shí)間頻繁操作時(shí)，設(shè)備的頻繁動(dòng)作對(duì)設(shè)備的沖擊。

4.2 V/F控制參數(shù)的優(yōu)化

板坯應(yīng)用的是不帶PG的V/F控制，需在E1/03參數(shù)中設(shè)定V/F曲線的種類，V/F曲線的設(shè)定方法有兩種：①?gòu)念A(yù)先設(shè)定的15種V/F曲線（設(shè)定值：0～E）選擇一種；②設(shè)定任意的V/F曲線（設(shè)定值：F），（0～E）15種固定曲線適合一些特定的應(yīng)用場(chǎng)合，板坯作為一般應(yīng)用選擇的是F，同時(shí)要對(duì)部分電機(jī)參數(shù)（E參數(shù)）作適當(dāng)修改，以滿足生產(chǎn)。

安川變頻器有兩種型號(hào)：CIMR-F7A和CIMRF7B，A型號(hào)是針對(duì)日本、歐美等國(guó)家工頻60 Hz的應(yīng)用場(chǎng)合，B型號(hào)是針對(duì)中國(guó)、亞洲等國(guó)家工頻50 Hz的應(yīng)用場(chǎng)合，所以V/F曲線相關(guān)參數(shù)的一些出廠設(shè)定值略有不同。

當(dāng)板坯用到B型號(hào)變頻器，設(shè)定V/F曲線為F時(shí)，出廠值：E1/07中間輸出頻率2.5 Hz；E1/08中間輸出頻率電壓28 V；E1/09最低輸出頻率1.2 Hz；E1/10最低輸出頻率電壓14 V就不適用，因?yàn)樵撛O(shè)定趨向于遠(yuǎn)距離啟動(dòng)高轉(zhuǎn)矩設(shè)備，而板坯驅(qū)動(dòng)扇形段輥?zhàn)有D(zhuǎn)是恒轉(zhuǎn)矩，變頻器到電機(jī)間的接線距離也不超過(guò)150 m。

若使用該設(shè)定，容易使變頻器報(bào)OL1過(guò)載故障，特別是在開澆起步或停澆降速，變頻器輸出頻率極低的情況下，變頻器輸出電流明顯升高，直至報(bào)故障，無(wú)輸出，原因是使用了高轉(zhuǎn)矩特性的V/F曲線，低頻時(shí)輸出電壓高，導(dǎo)致電流升高。當(dāng)把E1/07中間輸出頻率設(shè)定為3.0 Hz，其它不變，啟動(dòng)時(shí)，輸出電壓降低，電流下降，不再報(bào)OL1故障，滿足了生產(chǎn)要求。V/F特性曲線見圖3。

4.3 應(yīng)用點(diǎn)動(dòng)功能快速處理生產(chǎn)事故

多數(shù)變頻器都有點(diǎn)動(dòng)功能，它是利用變頻器操作面板上的一個(gè)按鍵，實(shí)現(xiàn)設(shè)備按預(yù)設(shè)頻率點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行的一個(gè)簡(jiǎn)單操作。該功能在板坯設(shè)備上發(fā)揮了很大作用，控制扇形段18個(gè)電機(jī)的9臺(tái)變頻器必須同步啟停，同步調(diào)速，每臺(tái)變頻器的參數(shù)預(yù)先設(shè)定一致，由PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸集中控制。當(dāng)需要單獨(dú)運(yùn)行某一臺(tái)設(shè)備的時(shí)候，必須把變頻器的參數(shù)改為面板操作，此方法適合用在檢修或調(diào)試時(shí)。當(dāng)正常拉鋼時(shí)，PLC一旦出現(xiàn)故障，與變頻器的通訊中斷，變頻器不能實(shí)現(xiàn)集中操作，坯子滯留在扇形段里。要想手動(dòng)操作只能逐個(gè)修改變頻器的參數(shù)后，同時(shí)按下2～9段變頻器的“RUN”鍵，人工操作很難實(shí)現(xiàn)同步啟動(dòng)，造成啟動(dòng)早的變頻器跳閘。

具體的改造實(shí)施也很簡(jiǎn)單，把從變頻器引出的繼電器常開點(diǎn)集中到一起，通過(guò)一個(gè)主令開關(guān)選擇同時(shí)給定繼電器線圈電壓DC24 V，這樣就實(shí)現(xiàn)了當(dāng)PLC或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，可以選擇主令開關(guān)手動(dòng)運(yùn)行，省去了人工修改變頻器參數(shù)的繁瑣，而且能夠以預(yù)設(shè)的點(diǎn)動(dòng)頻率同時(shí)啟動(dòng)，把滯坯拉出扇形段。施工改造見圖4。

5 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用在天鐵板坯連鑄的變頻器，經(jīng)參數(shù)有針對(duì)性的修改后，收到了良好的效果。工藝操作得心應(yīng)手，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)；減少了電流對(duì)設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；避免了生產(chǎn)事故的發(fā)生，也縮短了處理事故的時(shí)間；為設(shè)備有計(jì)劃的進(jìn)行檢修提供了保障，為下一步品種鋼的開發(fā)以及滿足中厚板的需要奠定了基礎(chǔ)。

[1]曾毅.變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)[M].2版.山東:科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

Parameter Optimization of Yaskawa Frequency Converter at Slab Casting Practice

Zhao Taiping

In combination with the development of frequency conversion technology,the paper elucidates that Yaskawa frequency converter gives converter functions to the fullest play and well meets the requirement of slab casting process by selection between timing function free run stoppage mode and jogging function,and by V/F control parameter optimization setting in the automation control system of slab casting.This frequency converter not only facilitates production,but also protects the equipment.

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變頻器的點(diǎn)動(dòng)功能，經(jīng)過(guò)很小的設(shè)置改造，能夠解決這個(gè)問(wèn)題。FJOG/RJOG指令是通過(guò)端子的ON/OFF動(dòng)作，以點(diǎn)動(dòng)頻率使變頻器運(yùn)行的功能，如使用FJOG/RJOG指令，無(wú)需輸入運(yùn)行指令，當(dāng)FJOG/ RJOG指令ON時(shí)，以點(diǎn)動(dòng)頻率d1-17進(jìn)行正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)運(yùn)行，而且FJOG/RJOG指令上的頻率指令優(yōu)先于其它頻率指令，在這里我們只使用點(diǎn)動(dòng)正轉(zhuǎn)功能，選擇多功能接點(diǎn)輸入端子S3～S8的任一接點(diǎn)，外接一個(gè)繼電器常開點(diǎn)，對(duì)應(yīng)設(shè)定參數(shù)H1-01～H1-06的值為12（FJOG指令），點(diǎn)動(dòng)頻率指令d1-17的值，按電機(jī)所在扇形段上弧半徑的不同，分別設(shè)定1～4段為15.21 Hz；5～9段為13.69 Hz，對(duì)應(yīng)0.8 m/min的固定拉速。

（收稿 2011-03-27責(zé)編崔建華）

趙太平，男，工程師，1995年畢業(yè)于天津大學(xué)機(jī)電分校電氣自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)在天津天鐵冶金集團(tuán)煉鋼廠板坯車間從事低壓電器設(shè)備維護(hù)工作。