國產變頻器在棒線材生產線中的應用

劉 烈， 劉 東， 洪良根

（1.九江萍鋼鋼鐵有限公司， 江西 九江 332500；2.中冶京誠工程技術有限公司， 北京 100176）

變頻器是工礦企業推動電機轉速調節的關鍵設備。高壓一般指高于690 V；低壓一般指低于690 V，分別為380 V 和690 V。目前高壓變頻器技術已經完全被國內企業所掌握，能夠完全國產化替代進口，低壓變頻器這一塊，以前一直被外企所壟斷，國產的只能做些風機水泵類簡單控制。京誠瑞達憑借多年的工程經驗和技術積累，自主研發低壓變頻器，立足高端應用，打破外企壟斷，在多個大型鋼鐵行業工程項目中穩定應用、可靠運行，獲得了用戶的高度認可。本文以九江萍鋼優質棒材生產線項目為背景，介紹國產HCE 變頻器在該項目應用中的特點。

1 棒材生產線軋機工藝設備對驅動系統的要求

該項目的軋機是1 臺全連續棒材軋機。共有16臺主軋機交替排列成三排，粗軋機有6 臺，中間軋機有6 臺，精軋機有4 臺。對于軋機傳動系統，咬鋼和拋鋼的負荷沖擊大，對傳動系統的速度響應要求高，快速恢復減小咬鋼速降，傳輸系統的動態干擾響應要求為0.002 5 s，動態恢復時間小于100 ms。本文選擇的系統包括整流器，逆變器和全數字電壓矢量控制系統。它消除了矢量控制系統的解耦，不需要旋轉坐標轉換，使得系統結構簡單，直觀，物理意義清晰，易于理解。

2 棒線材的生產特點

棒材的橫截面形狀簡單，數量大，適合大規模的專業生產。線材具有小的橫截面和大的長度，并且需要尺寸精度和表面質量。由于軋件長度大，軋制時間長，軋件軋制溫度大，鑄件頭部和尾部的尺寸公差不一致，性能不均勻。在現代的棒材和線材軋制生產中，軋制速度高，軋制過程中的溫度降低甚至溫度升高，因此在生產棒材和線材時坯料加熱溫度低。加熱時，必須防止過熱和過熱，并使比例最小化。對于易脫碳鋼，必須嚴格控制高溫段的停留時間，采取低溫，快速加熱，快速燃燒等措施。

3 生產線軋機變頻驅動系統

3.1 棒材生產線軋機傳動系統交直流方案的選擇

以往的棒材主軋機傳動系統通常采用直流電機，但由于直流電機后期維護量大，碳刷更換麻煩，增加了電氣維護人員的工作量。而交流電機維護量少，動態性能好，隨著電機制造技術，電力電子器件的發展及交流電機矢量控制技術的不斷進步，采用交流傳動系統技術完全成熟，工程投資不斷降低，近年新建的棒線材生產線絕大多數采用交流變頻傳動系統，本項目主軋機電機采用交流變頻驅動系統。最近幾年鋼廠受益于供給側改革，效益特別好，帶來了設備更新換代改造的機會，許多鋼廠提出要把原來的軋機直流傳動系統改成交流傳動系統。因此，通過交流驅動系統替換直流系統已成為不可逆轉的趨勢。

3.2 傳動系統技術方案設計

結合工藝要求和設備操作，整流變壓器，整流器單元和逆變器分組并選擇容量。整流單元按照區域設備分組原則進行分配，同一區域設備盡可能分為同一組公共直流母線，并考慮基本自動化控制區域的劃分。避免將同時過載操作的設備分配到同一母線，并將負載正確分配到整流器單元上。傳動系統的分組除了要滿足工藝要求，還要考慮滿足設計規范的要求，電氣設備投資最節省。采用編碼器矢量控制方法，達到最佳控制效果。

3 自動控制系統

設計采用二級自動控制系統。二級自動化控制系統執行以下主要功能：鋼號跟蹤，滾動程序管理，速度參考值的生成和傳輸，過程參數和屏幕顯示，冷卻程序管理，打印生產報告，故障監視和報警記錄。采用SIMAT-IC S7-400 可編程控制器，用于軋機設定，參數調整，程序控制和微張力回路控制，物料跟蹤控制等。生產管理級別可以管理軋制程序，工藝參數優化管理，生產信息和生產報告。軋制線設計采用自動化操作和生產，具有機器側維護和手動操作點。減少現場搬運箱和換輥器。

4 軋制過程

首先，將鋼坯從煉鋼輸送輥輸送到高速材料架，并且需要測量裝載架并測量其長度。同時，進行坯料接收，并進行人工檢查，并通過剔除裝置手動操作各種不合格的坯料，例如形狀彎曲。報廢裝置最多可收集10 個廢料，收集完成后，將由電磁吊車改造。鋼坯加熱，鋼坯加熱是軋制過程中的一個重要步驟，目的是提高鋼的塑性，降低變形能力，同時也消除或減少鋼坯的內部結構缺陷。在預熱段，將板坯預熱至300～450 ℃，加熱段將預熱段內的板坯加熱至1 050～1 250 ℃。在軋制階段，鋼坯通過爐子保持輥門從爐子轉移到粗軋區域然后到中等軋制區，最后到精軋機，它們分別承擔板坯端面壓縮，半成品軋制變形和成品軋制功能。整個18 臺軋機交替排列（臥式軋機—立式軋機），從而確保軋機在橫向和縱向上的變形，形成完整的軋制過程。軋制不同的鋼種取決于精軋區軋機孔形狀的選擇和軋輥間隙的調整。連續軋制過程對軋機的主傳動有嚴格的要求，以便動態地滿足要求?！案鳈C架間軋件秒流量相等”這個基本原理是及時快速地連續調整相關主驅動器的電機速度，以微調滾動速度，消除各種外部因素造成的干擾。要求主傳動的調速范圍大；高速調節和小靜態速度下降（高達±0.1%）；動態速度下降很小，恢復時間很短。否則，相鄰機架滾動部件的流量將失去平衡，甚至引起滾動事故。

5 現場總線的應用

現場總線是近年來發展迅速的工業數據總線?，F場設備（如控制器和執行器）之間的數字通信，以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳輸。由于現場總線的突出優點，如簡單，可靠，經濟和實用，它已被許多標準機構和計算機制造商高度重視。在自動化控制系統的設計，安裝和調試過程中，現場裝配系統的應用無疑是正確的，但在現場安裝過程中，應注意：現場安裝條件與原始設計和系統要求之間的差異和解決方案；現場各類干擾因素的防范；現場的接地系統對總線的影響。

6 實時以太網應用

它是工業現場設備的一種新的開放式實時以太網標準，在工業控制系統中使用了大量成熟的IT 技術。使用高效，穩定，標準的以太網和UDP/IP 協議的確定性通信調度策略為現場設備的實時工作建立了新標準。在線材生產線的自動控制。網絡是控制的基礎。為高效的自動化生產控制提供基礎。通信介質，網絡響應時間，延遲，誤碼率，傳輸抖動，帶寬等是主要的參考指標。在實施實時以太網應用的基礎上，充分發揮了現有設備的作用，結合現場總線和實時以太網技術使現場控制層與管理層全面結合起來，對生產線設備運行數據信息進行實時監測，設備運行控制和故障報警更加及時準確，為企業設備管理和生產線自動化控制提供最基本的實時數據。線材生產線的設備管理和控制更加精細、平坦、科學。

7 結語

HCE880 系列變頻器產品，很好的完成了工藝及設備的控制需求，得到了用戶的廣泛認可。該項目的順利投產，進一步實現了瑞達變頻器立足冶金高端應用，打破國際壟斷的初衷，為低壓變頻器國產化開辟了一條新路。同時變頻器有較多的保護功能，其主要保護功能包括過流保護，短路和接地屏障保護，以及電子熱敏電阻過壓保護。輸入欠壓保護，瞬時停電保護等，有效保護其他電氣設備，特別是它可以保護電機并延長電機的使用壽命。