西门子6RA28全数字直流调速装置在冷弯机组上的应用

摘要： 　　介绍全数字直流调速器SIMOREG K 6RA28的技术特点和工作原理，以及在冷弯机组上的应用，关键元器件的选择、现场安装、调试、维护方法等。 关键词： 冷弯机组 直流调速数字装置 冷弯工艺 0 引言 　　冷弯型钢生产线一般由开卷机、校平机、冷弯机组、定尺飞剪或停剪机组、出料架等基本设备单元组成，(如图1所示)。卷料或带钢料经开卷机放料，通过开卷机与校平机的速度匹配将卷料进行校平操作，再经冷弯机组的冷弯加工形成需要的合格截面，然后通过定长检测和切断、打包或后处理完成具体产品的生产活动。本文主要讨论全数字直流调速器SIMOREG K 6RA28在冷弯机组上的应用。 　　直流调速装置由过去的M-D机组、模拟式直流调速装置发展为全数字直流调速装置；模拟式直流调速系统采用模拟元件，由于元件老化、干扰等原因，系统运行的可靠性难以保证，故障率相对较高，同时存在安装、调试、维护困难等缺点。全数字直流调速装置由于采用高精度、快速、稳定的CPU处理器以及利用软、硬件结合控制的方法，因而大大提高了系统运行的可靠性、稳定性，并且具有自诊断功能、抗干扰能力强、结构紧凑、使用维护方便、便于通讯等优点，尤其在控制要求高、起动力矩大、现场环境差的情况下，全数字直流调速装置更显示出它的优越性。如：20世纪80年代以前，广州异型钢材厂引进的当时国内最大的PR700/8冷弯型钢机组，1992年武钢集团汉口轧钢厂引进的PR1100/12.7冷弯机组，至今也是国内最大的冷弯型钢机组之一，其冷弯机组的驱动装置就是全数字直流调速装置，其成型机组的驱动电机分别为：DC2，100KW，0～1000/1500r/min和DC2，200KW，0～1058/1500r/min，我公司选用的货架冷弯成型机组的驱动功率也达到了132KW，主要选用全数字直流调速器SIMOREG K 6RA28作为驱动电机调速装置，考虑到在线预冲孔的速度瓶颈影响设计货架冷弯成型机组成型速度最大可以达到20M/min。 　　由文献1中知道：绝大多数冷弯型钢机组成型机的传动系统为直流电机，经减速箱及分配齿轮箱带动各成型机架的辊轴转动，达到冷弯成型的目的。 1技术特点和工作原理 　　SIMENS公司直流调速控制器6RA28 SIMOREG K 整流器是用于直流调速的全数字控制的紧凑型整流器，自身带有不可控的整流桥,用于励磁回路供电, 励磁回路采用单相半控桥B2HZ，电枢和励磁回路的功率部分为电绝缘晶闸管模块，所以其散热器不带电。强电联接部分的屏蔽罩子和端子盖防止在整流器附近工作时的意外触碰所有的接线端子都可从前部接入励磁由一个不可控单相桥整流器供电。接入三相电源为直变速传动提供电枢和励磁电源，额定输出电流达30A～600A根据应用场合，整流器可作单象限运行，或作四象限运行。本生产线选用四象限运行的6RA23全数字的直流调速控制器.可以正方向运行,也可以反方向运行，并有高、低速转换设置，电机电枢由一个三相全控桥供电。 　　所有的开环和闭环传动控制功能和通信由一个功能强大的16 位微处理器实现,所有的控制、调节、监控及附加功能都由微处理器来实现，再选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。 　　SIMENS公司直流调速控制器6RA28 SIMOREG K 整流器的内部由控制单元、功率单元、励磁单元、整流驱动单元构成，控制单元包括模拟/数字输入输出接口；测速机、脉冲编码器、通讯接口、七段显示器等，其中通讯接口又包括：控制盘端口、RS232端口、现场总线接口，现场总线接口用于通过外部PLC控制，而RS232端口和控制盘端口主要用于设置传动的参数，也可以设置为外部传动控制接口，功率接口单元提供变流器的全部控制电源，包含带脉冲变压器的脉冲触发电路，及励磁控制电路和各种保护、测量电路、励磁单元，内置三相励磁单元，提供直流励磁电压，整流驱动单元将三相交流电转换成直流电，以提供直流电枢电压。本次讨论的冷弯机组通过附加卡（选件）的PROFIBUS DP与西门子的S7-300PLC相联实现有关机组的协调控制。 本文主要讨论的全数字直流调速器SIMOREG K 6RA28在冷弯机组上的应用原理见图2。其主要应用特点表现为：通过多圈电位器所形成的阻值变化及其电位电动势差值变化，改变可控硅桥的触发角，从而实现电枢电压的调节，达到平滑调速的目的。 2 技术参数的设定及传动特点 　　打开6RA28全数字的直流调速控制器前门,有三个键,选择键、上箭头键、下箭头键.和一个3位7段显示器. 上箭头键、下箭头键用于选择参数和数据.选择键则用于选择参数和故障复位. 3位7段显示器则显示参数号,参数值,在6RA28全数字的直流调速控制器发生故障停止运行时, 三位显示器显示以F开头的故障号.故障号的内容指示见说明书.根据故障号的内容排除6RA28全数字的直流调速控制器发生的故障.故障排除后,按选择键,显示器显示07, 直流调速控制器在准备好状态. 　　根据我公司某类别货架冷弯产品的孔型设计规范、冷弯力的计算、机组的传动比及效率，确定冷弯机组的主传动功率为132KW，当按下运行命令后，主电机首先带动冷弯轧辊以一定速度旋转，当成型货架冷弯组件经传送轨道经过孔位检测光电开关位置时，发送通断电信号传递给孔位数计数器进行计数，当孔位数达到设定值时发出位置检测信号，旋转编码器进行一定距离的位置检测并向PLC提供一定脉冲数，PLC检测到设定的脉冲数后，向主电机发出减速、正反转位置调整、停止命令，同时在主电机停止后向液压顺序控制阀发出切断控制命令驱动液压剪进行切断操作。对于飞剪的切断控制精度（一般飞剪的主动力也来自冷弯机组的主电机）：英国BS标准为0～+6，国内企业设计制造精度高的也在±1左右，适应于高速化的类似焊管的冷弯件的生产，其设备关键参数、工艺参数允许有大的波动，而近年来发展起来的由6RA28全数字的直流调速控制器实现的液压停剪技术，特别适用于货架冷弯组件的生产制造，其精度最高能控制在±0.1mm以内，一般生产控制精度为：±0.5mm左右，其生产主运动允许有高低速转换变化。但当具体产品对冷弯机组的位置停准精度要求提高后，这种开环式的有级调速就不能满足产品的位置精度控制要求而采用变频无级调速闭环控制技术。对如此复杂的位置控制系统，变频技术必须能克服以下技术问题：（1）将复杂的电机的数学模型简单化；（2）考虑位置旋转编码器反馈信号的延后和超调；（3）将冷弯轧制控制过程的动态参数描述成时变函数；实际上均采取位置比较和现场调试延时来简单化处理；（4）保证位置闭环的抗波动能力高和即时调节性好（5）考虑前后工序速度匹配反馈信号的传递与控制上的协调；（5）、机械加工与配合精度等。 3 电气设计、制作要点: 　　由于6RA28全数字的直流调速控制器中含有很多对静电很敏感的元器件，（如：晶闸管），其承受过电压和过电流的能力较差，设计选择或操作使用不当就会造成晶闸管变流器的永久性损坏，另外，根据工艺要求（手动、自动控制）以及为了充分挖掘6RA28全数字的直流调速控制器的PLC控制、通讯等功能，为了与冷弯型钢生产线的整体控制电路上形成同一控制设计，关键元件的选择很重要。 　　货架冷弯成型设备的电气拖动主要是驱动冷弯轧辊运动，其阻力矩TL取决于冷弯轧辊与钢卷料之间的摩擦力FL与冷弯轧辊半径r的乘积，即TL=FL×r。在这里，冷弯轧辊的半径r是恒定不变的，摩擦力FL的大小与相应的冷弯产品的孔型设计工艺水平、机组的传动效率和相关材料与轧辊间的摩擦系数等有关，与转速高低关系不大。这是典型的恒转矩负载机械特性（文献2）。这类负载转矩和转速的快慢无关，所以在调节转速过程中，负载的阻转矩保持不变。在选择变频调速系统时，除了按常规要求外，还根据机组运行的调速范围、阻力矩TL的特点、对机械特性的要求等进行选择：有反馈的矢量变换控制方式应用于冷弯成型机组和在线液压停剪设备系统中，主要是为了实现位置定位和液压停剪功能，目前可实现的位置控制精度可达到±0.1mm以上，精度越高其生产效率会明显下降，甚至产生位置定位震荡，我公司根据货架产品的工艺特点，位置精度控制在±0.5mm左右较合适，当然机组的冷弯成型功及功率计算的方法和依据也较多，如文献1中推荐的经验算法及由侧堂理论推导的结果等，对于机组电气拖动主功率的选择是十分关键的，其关联的因素还有机械传动效率、传动机构的选择及具体产品的冷弯孔型设计等。 　　当使用滤波器时，为了在缓冲电路中解耦，在整流器输入端必须使用进线电抗器。磁场回路进线电抗器用电机磁场额定电流选择，电枢回路进线电抗器用电机额定电流选择。 　　为了保护6RA28全数字的直流调速控制器和电机及其周边控制设备，必须严格按照EMC标准安装，如：采用内外保护接地，外部保护接零，弱电信号线、动力线、速度反馈线屏蔽，屏蔽线与未屏蔽线分开等，同时我们在电控柜中加入了一些控制与保护设备，如：断路器、快速熔断器、交流接触器、电抗器、信号隔离器等。 4 调试注意事项： 　　调试前应收集有关电机的参数，如：电枢额定电压、电枢额定电流、励磁电压、励磁电流、额定转速等，然后按说明书先引导调试，如果自优化不成功就手动调试、设置。 　　用电位器手动给定转速时最大只能给定到1479转，这是由于电位器给定电压不正确造成的，不影响正常工作使用。且将多圈电位器的旋转方向同直流电机的运动方向作相对应调整。 　　从生产实际调查可知：控制器本身虽有许多保护功能，但长期高压会烧坏励磁板，预防措施是在电源进线端加接压敏电阻（三角连接），这样在过压时，压敏电阻吸收能量从而保护控制器。 　　生产过程中存在6RA28全数字的直流<