4000kW直流可逆轧机主传动电气控制系统改造

文章编号:1672-4461(2006)01-0046-03

甘 肃 冶 金

GANSU METALLURGY

Vo.l28 No.1

Mar.,2006

4000kW直流可逆轧机主传动电气控制系统改造

曲 凯,王付令,张治国

(安阳钢铁集团有限责任公司第二轧钢厂,河南 安阳 455004)

摘 要:本文介绍了用新一代直流控制系统SIMADYN-D改造的直流可逆电机的系统组成及工作原理,其在轧钢生产中有良好性能和适用性,改造取得良好效果。关键词:直流可逆电机;SIMADYN-D;全数字中图分类号:TG333.7

文献标识码:B

ImprovementontheElectricControlSystemof4000kW

DCReversibleRollingMillMasterDriver

QUKa,iWANGFu-ling,ZHANGZh-iguo

(AnyangIron&SteelGroupCo.Ltd,Anyang455004,China)

Abstract:ThispaperintroducesthesystemcompositionandworkprincipleofDCreversibleelectromotorwhichhasbeenmodifiedbySIMADYN-D,thenewgenerationDCcontrolsystem.Ithasgoodperformanceandapplicabilityinrollingmil.lThegoodeffectshavebeenobtained.

Keywords:DCreversibleelectromotor;SIMADYN-D;Fulldigital

1 前言

安钢第二轧钢厂原有2800mm4辊中板轧机于1992年开始筹备建设,1996年5月建成投产,为单机架(预留了粗轧机的位置)形式,设计能力年产各类中

厚板材420kt。2004年年产量突破1000k,t达到了1060kt。然而,从目前全国中厚板的生产竞争形势来看,安钢中板轧机在产品的质量和品种方面还不能完全适应市场的需要。分析其原因:原主传动电机是4 ⑸如果炉顶温度超过1300e时,需及时调整空气阀位及煤气阀位,使炉顶温度保持在1300e左右。

000kW的直流可逆电机,采用的是老一代控制系统,由于该系统运行时间较长,功率柜、控制柜元器件老化,故障率较高,直接影响着轧钢生产的产量和质量。为了更好地发挥轧机的生产能力,使得产品的产量和质量都能够更进一步提高,决定对精轧机的主控系统进行改造,并同时上了粗轧机。

2 改造方案

采用西门子公司大容量的SIMADYN-D位多元的,控制算法根据多个工艺参数的现行值及历史数据进行综合分析、推理和计算。

本控制仪根据热风炉运行状况的变化,实时变换控制规律及参数,以控制仪自身结构和参数的改变去适应被控对象的状态变化,即采用分层递阶智能控制方案,实现燃烧系统长期、稳定、优化运行。从新钢铁合金厂12座热风炉的使用情况来看,提高风温15e,减轻了工人的劳动强度,效果异常显著。

收稿日期:2005-10-13

作者简介:吴瑞基(1965-),男,助工。

4 结语

热风炉是一个典型的输入非线性存在交义耦合的复杂被控对象,对于热风炉燃烧过程,由于其时变性和不确定性(煤气压力及热焓值),一般难以建立既有足够精度又便于系统控制的数学模型(既要满

足煤气压力变化及热焓值变化,又要随时达到最佳配比燃烧),其控制运算与决策的参考因素必须是

第1期 曲 凯,等:4000kW直流可逆轧机主传动电气控制系统改造 47

全数字控制系统,完成对电机的调速控制,包括电机的起停控制、电机保护、故障诊断等任务。同时完成负荷平衡控制、主轴定位控制等。功率主柜采用金自天正公司产优质晶闸管变流柜,励磁采用6RA70全数字控制系统,包括励磁主回路和励磁电流调节回路。这样整体质量和性能可以和进口设备相媲美,而价格和成本得以降低。

击电流:45000A;

电流输出能力:3000@4@0.98@0.98=11525A(额定);3000@4@1.5@0.98@0.98=17287A(60s);

可提供电机过载能力:17287/5230=3.3倍(60s),高于工艺要求。

晶闸管冲击电流计算:

ISC=(I桥组@K分合@K并)/(N并@Zsht)

式中:I桥组-为整流变压器有额定输出时的桥组整直电流;K分合-分、合闸系数,取值为1.8;K并-元件并联的不平衡系数,1.05~1.1;N并-元件并联数;Zsht-电网系数,即变压器阻抗及均流导线电抗。

根据计算公式,可得出原方案每个元件可能承受的最大冲击电流。

下辊:ISC=(2718@1.8@1.05)/(2@0.0688)

=37333<45000A上辊:ISC=(2718@1.8@1.05)/(2@0.0678)=37884<45000A

元件的冲击电流没有超过允许值,且有一定的裕量。

3.1.4 晶闸管电压选择

精轧机整流系统中主变压器二次侧额定电压UL=820V,整流回路采用三相桥式整流电路两组并列运行,晶闸管承受的峰值电压为1159V。

晶闸管额定电压为:UTn=(2~3)UTM=(2~3)@1159V=2318~3477V,这里取UTn=3600V。

所以,晶闸管的型号规格为KP2000-36可以保证回路的正常工作,采用两台额定电流3000A整流柜并联,主柜选型无论过载能力还是冲击电流指标,都可以满足系统的要求。3.2 SIMADYN-D控制系统3.2.1 SIMADYN-D控制系统原理

该系统是一种可随意编程和设计的全数字模块化多处理器,控制系统硬件由双高度欧洲标准尺寸的高抗干扰和容错性的插入式线路板组成。各处理器之间的数据传送通过两种总线来完成:C总线和L总线。外部开关信号通过输入/输出模块连接,这些标准接口模块提供电气隔离、信号的匹配和变换,

3 系统实现

3.1 中板精轧机主传动及构成3.1.1 主要技术参数

电机型号:Z2800/1300;

额定功率:4000kW;

额定电压:DC860V;励磁电流:134/36A;额定电流:5230A;额定转速:50/120rpm。31.2 传动及控制回路组成

传动及控制回路组成见图1。

主回路:由整流变压器通过整流装置给电机提供直流电源,主传动系统电枢回路,采用大功率晶闸管变流柜,控制装置采用SIEMENS公司的SIMA-DYN-D全数字控制系统。

励磁回路:由于主电机采用他励的励磁方式,所以由1台整流变压器单独供电。励磁的控制回路则采用西门子6RA70直流全数字装置来实现励磁电流调节,励磁电流给定由SIMADYN-D柜给出。

图1 传动及控制回路组成

用于操作监视和服务的外围装置通过总线或串行接口联接起来。同时,SIMADYN-D还提供多种通讯

手段与其他设备、系统进行数据传输,包括控制装置与上位机之间的通讯、控制装置之间的通讯以及与下位机间的数据传输等等。我们用它来完成对可逆电机的调速控制,包括电机的触发脉冲产生、无环流逻辑控制、弱磁升速、上下辊间通讯以及故障诊断等任务,同时完成负荷平衡控制、主轴定位控制等。它

3.1.3 核心数据及计算

选用TCP2-100/400-11变流柜4组并联,主柜数据:

额定输入电压:1000V;

额定输出电流:3000A(过载能力1.5倍,60s);

管芯尺寸:88mm,每只可控硅能承受的最大冲

48 甘 肃 冶 金 第28卷

吸收保护电路以吸收交直流侧过电压。电枢主回路采用了12相整流电路,所以此整流变压器必须将电源的相数转变为12相,为减轻对电网的干扰,将两台变压器的一侧再形成15b转角,形成24相整流,波形更平稳,效果更好。

还具有强大的通讯接口,包括工程师站编程接口和具有HMI的WICC控制系统接口,系统采用STEP7、CFC、S7-SYS图形化可编程软件,该软件基于WINDOWS环境下运行。编辑软件包提供大量标准功能块,可实现数算、逻辑运算、变流控制、过程调节、输入输出及通讯功能。根据不同的任务需要可任意配置。

3.2.2 主要控制功能

主要控制功能包括以下方面:

传动起停控制及运行监控;速度控制;

电枢电流控制;弱磁时的电压控制;励磁电流控制;主轴定位控制;联网通讯接口;负荷平衡控制。3.2.3 系统指标

静态精度:<0.1%;

速度响应时间:<200ms;动态速降:<3%;

电流动态响应时间:<20ms。3.3 励磁系统

励磁主回路选择1台西门子6RA70(210A)作为励磁装置,其励磁主回路系统采用进线变压器。进线电压400V,直流输出电压可达485V,电枢及励磁装置间的数据传输为网络通讯形式或直接硬线相连。电流设定值由SIMADYN-D的ITDC和SU11模板给出,全数字励磁装置实现励磁电流闭环。全数字励磁装置内部配置CBP通讯模板,以实现PROFIBUS-DP数据通讯。SIMOREGDC-MASTER是全数字调速装置,16位微处理器承担了电枢和励磁回路的所有开环和闭环控制功能。我们这里用的全数字直流调速装置只是为电机提供励磁电流,而且电机励磁给定和弱磁调速时选择的弱磁点由SIMADYN-D给出。

5 调试

本系统在调试时,首先对相关参数进行检测,并要注意下列问题:

⑴光电编码器模拟量给定电压的正、负极与端

子的连接不可接反,采用计算机对光电编码器输出进行观测,使之符合系统控制需要。

⑵对于该系统而言,送电后先校同步,方法:从励磁柜和吸收柜各自引出信号,通过示波器观察电压波形的角度。如果不符,需要查找原因,并且加以改进。

⑶做大电流和整定快开时,注意时间不要太长,每次间隔至少要超过10min。

⑷在做电流特性时,选取合适的Kp和Tn值,使系统稳定性加强。经多次试验得到以下数据:主控系统:Kp=0.3,Tn=40ms;励磁系统:Kp=0.2,Tn=400ms。

6 改造效果

2005年5月9日,中板二期改造工程竣工投入生产。当月产量达122.1k,t同比净增34k,t顺利达产达效。至今已累计轧制中厚板808.7k,t品种板产量增加15.7,t代表当今高强度钢板生产最高技术水平的AH60品种板已批量生产,这标志着安钢中厚板产品在品种板生产上已达国内先进水平。中板改造后仅仅6个月,就以高效、优质的生产为安钢发展提供了最大的效益支持。

7 结语

经改造,该系统顺利投运并提前达产达效,垂直提升了安钢板材产品的市场竞争力,为安钢100t转炉-中板机组生产线最大限度地发挥生产效益提供了有力的设备保障。参考文献:

[1] 孔凡才.晶闸管直流调速系统[M].北京:北京科技出

版社,1985.

[2] 陈伯时.电力拖动自动控制系统(第三版)[M].北京:

机械工业出版社,2003.

[3] 魏炳贵.电力拖动基础[M].北京:机械工业出版社,

2001.

收稿日期:2005-12-16

作者简介:曲 凯,男,助理工程师。

4 系统保护

功率柜和吸收柜主要包括可控硅元件组及快熔、柜内风机、磁场及电枢交直流侧的吸收保护、过

压保护、电压反馈以及接地保护。控制系统设置软件过流控制参数,硬件有快速分断保护开关。励磁柜主要包括欠磁、过磁继电器等保护。因高压开关合、分闸造成的变压器二次侧的浪涌过电压吸收,以及晶闸管换流时由变压器漏感而引起的振荡换相过电压吸收等。在交直流侧加入高能压敏电阻及阻容