京唐煉鋼2 號連鑄機(jī)變頻器控制系統(tǒng)升級改造

韓軍亮，李建英，滕 波

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

首鋼京唐公司2 號板坯連鑄主要承擔(dān)品種鋼生產(chǎn)任務(wù)，連鑄機(jī)關(guān)鍵設(shè)備均采用西門子MasterDrive 6SE70 系列變頻器驅(qū)動，經(jīng)多年使用其核心部件已經(jīng)進(jìn)入老化階段，變頻器故障率逐年升高，每年變頻器的維護(hù)成本高昂，且使用的西門子MasterDrive 系列6SE70 變頻器已停產(chǎn)，備件也將于2020 年停止供貨，目前部分在線變頻器損壞后已無備件可換，只能將電機(jī)下電輥子作為自由輥，導(dǎo)致出坯輥道運行坯子能力減弱造成堵坯，扇形段拉矯機(jī)驅(qū)動力大受影響導(dǎo)致滯坯現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重影響連鑄正常生產(chǎn)。升級改造的目的:①進(jìn)行設(shè)備更新?lián)Q代，保證備件供應(yīng)，替換下的舊件可用于其他鑄機(jī)，實現(xiàn)舊件循環(huán)利用，降低成本；②保障設(shè)備功能精度，從而滿足品種鋼生產(chǎn)需求，確保公司優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品指標(biāo)兌現(xiàn)。

1 2 號連鑄機(jī)傳動設(shè)備介紹

2 號連鑄機(jī)傳動設(shè)備由公用部分傳動柜、1 流扇型段和拉矯傳動柜、1 流輥道傳動柜、2 流扇形段和拉矯傳動柜、2流輥道傳動柜等5 部分共計45 面135 臺變頻器組成，電機(jī)功率范圍4～90 kW。主要控制功能包括:大包轉(zhuǎn)臺傳動、中包車行走，結(jié)晶器在線調(diào)寬、引錠桿車行走、鏈傳動及卷揚、扇形段輥子驅(qū)動、切前切下輥道驅(qū)動，出坯區(qū)中間輥道驅(qū)動等。改造內(nèi)容包含以上全部變頻器共計135 臺，采用西門子最新產(chǎn)品SINAMICS S120 系列變頻器及其成套傳動柜。

2 SINAMICS S120 系統(tǒng)技術(shù)方案

2.1 SINAMICS S120 變頻器簡介

西門子MasterDrive 變頻器停產(chǎn)后的替代產(chǎn)品為SINAMICS S120 變頻器，其通風(fēng)、散熱設(shè)計更加合理，運行穩(wěn)定性增強(qiáng)，在國內(nèi)已有大量應(yīng)用。用戶直觀感受是S120 不同于以往一體式變頻器（MM4/6SE70），而是一款分體式產(chǎn)品，即控制單元、功率單元、參數(shù)存儲分體式設(shè)計。分體式的好處在于:CU不受功率單元發(fā)熱的影響，系統(tǒng)更加穩(wěn)定，在變頻故障情況下故障恢復(fù)更快捷；由于參數(shù)由CF 卡存儲，更換變頻器、更換控制單元等都不涉及參數(shù)的重新設(shè)定問題，可保證生產(chǎn)的連續(xù)性；各種不同的操作面板、多種語言的顯示功能及靈活的端子模塊滿足不同的需求，模塊化設(shè)計使維修維護(hù)更加便捷，并節(jié)約維護(hù)成本。

2.2 SINAMICS S120 變頻器選型

結(jié)合現(xiàn)場實際運行情況，新系統(tǒng)的帶載能力參照現(xiàn)有系統(tǒng)功率指標(biāo)選型。

選定的S120 變頻器采用AC-AC 書本型變頻器，控制單元CU310-2DP，附件包括:①24 V 直流穩(wěn)壓電源，在系統(tǒng)主電源斷開時仍然提供診斷功能；②存儲卡，更換模塊無需上傳、下載參數(shù)；③SMC30，接受增量式編碼器信號；④BOP 操作面板，查詢、修改參數(shù)。具有高動態(tài)響應(yīng)能力的矢量控制，多種標(biāo)準(zhǔn)功能和診斷能力等，力矩上升時間大約5 ms，力矩波動小于2%，速度精度0.001%，速度上升時間20 ms。

SINAMICS S120 變頻調(diào)速柜具有應(yīng)對顛覆轉(zhuǎn)矩的過載能力。如果出現(xiàn)較大的浪涌負(fù)荷，在組態(tài)時就會將其考慮在內(nèi)。因此，在具有過載要求的變頻調(diào)速柜中，必須將相應(yīng)的基準(zhǔn)負(fù)載電流用作所需負(fù)荷的基礎(chǔ)。過載的標(biāo)準(zhǔn)是在過載發(fā)生前后，變頻調(diào)速柜以其基準(zhǔn)負(fù)載電流運行，負(fù)載的持續(xù)時間假定300 s。高過載的基準(zhǔn)負(fù)載電流IH允許150%的過載（60 s）或160%的過載（10 s），如圖1 所示。

圖1 過載曲線

2.3 SINAMICS S120 系統(tǒng)傳動柜布局

根據(jù)新變頻器安裝尺寸，并考慮到EMC 電磁兼容性的問題，降低通信故障發(fā)生，設(shè)計將原來1 套傳動柜安裝4 臺變頻器改為3 臺，每個流增加7 套新傳動柜并配齊柜內(nèi)設(shè)備，分別為中間輥2 套、扇形段水平段加引錠桿車行走3 套、引錠桿卷揚及拖鏈1 套、結(jié)晶器調(diào)寬1 套，合計7 套柜；兩流共需要新增西門子原廠變頻柜52 套，其他變頻柜利舊。

圖2 動態(tài)響應(yīng)曲線

2.4 SINAMICS S120 系統(tǒng)調(diào)試

項目調(diào)試采用Starter V4.5 版本，調(diào)試主要包括對主回路上的刀熔開關(guān)、風(fēng)機(jī)斷路器輔點控制回路進(jìn)行檢查，并測試與變頻器的連鎖，增加自由功能塊，設(shè)置自定義故障參數(shù)；對所有變頻器進(jìn)行電機(jī)空載優(yōu)化測試，帶編碼器監(jiān)測曲線，調(diào)整PID 控制精度在0.5%～1%之間。上述調(diào)試完成后，對所有變頻器進(jìn)行硬件配置，程序修改及DP 通信網(wǎng)線改造，設(shè)置變頻器與PLC 接口參數(shù)，進(jìn)行單體遠(yuǎn)程控制調(diào)試。單體遠(yuǎn)程調(diào)試全部結(jié)束后，所有輥道進(jìn)行連鎖調(diào)試。扇形段部分需要進(jìn)行事故出坯模式測試。圖2 為變頻器動態(tài)響應(yīng)曲線:設(shè)定速度與實際速度跟隨趨勢。

2.5 實施過程中存在的問題及解決方案

（1）S120 經(jīng)過自檢、預(yù)充電等一系列步驟后，大約比6SE70系列變頻器晚5～6 s 的時間。現(xiàn)場可以觀察到輥道啟動慢的現(xiàn)象，這對輥道保持同步有影響。將變頻器進(jìn)線主接觸器由急停信號和故障信號共同控制，使變頻器的整流回路一直保持工作狀態(tài)，跳過預(yù)充電過程，實現(xiàn)S120 和6SE70 變頻器的同步。

（2）S120 變頻器轉(zhuǎn)矩偏大，轉(zhuǎn)速和其他輥道相比較快。增加變頻器Droop 軟化功能，輸出力矩變大時，人為減小速度給定，起到平衡負(fù)載分配的作用。Droop 軟化功能由PLC 發(fā)送控制字r2090.12 激活，軟化功能如圖3 所示。

圖3 Droop 功能

（3）結(jié)晶器調(diào)寬系統(tǒng)實際測位置，由PLC 系統(tǒng)采用變頻器傳輸?shù)木幋a器脈沖值計算得出。改造過程中發(fā)現(xiàn)計算位置與實際位置不符，通過分析功能圖確定P418 編碼器脈沖分辨率直接影響編碼器的脈沖值，通過調(diào)整參數(shù)P418 的值，實現(xiàn)結(jié)晶器調(diào)寬系統(tǒng)的精確定位，正負(fù)誤差≤0.5%。

3 經(jīng)驗總結(jié)

通過這次改造將之前容易發(fā)生故障的情況采取規(guī)避手段。

（1）改變柜內(nèi)布局減少散熱問題。連鑄機(jī)高拉速生產(chǎn)時，變頻器散熱量比較大，如果過于緊湊很不利于變頻器散熱，容易引起變頻器過熱導(dǎo)致故障停機(jī)。

（2）消除EMC 電磁兼容性問題。由于變頻器在運行時產(chǎn)生的電磁干擾比較大，變頻器控制方式采用PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)控制，以往生產(chǎn)中偶發(fā)通訊故障，為了降低發(fā)生此類事故發(fā)生率，本次改造嚴(yán)格參考西門子變頻器安裝間距不小于5 cm 的標(biāo)準(zhǔn)，減少柜內(nèi)變頻器數(shù)量，盡量降低電磁干擾。

變頻器升級為S120 后已運行2 年時間，總體設(shè)備運行穩(wěn)定，改善了因備件不足造成的連鑄機(jī)功能精度缺失，減少了因傳動問題造成的斷澆、臥坯事故，降低了損失。2 號鑄機(jī)替換下來的6SE70 系列變頻器也為其它產(chǎn)線提供了充足的備件，保障了其它鑄機(jī)生產(chǎn)的穩(wěn)定運行，該項目達(dá)到了預(yù)期目的。