通用变频器应用技术 四川机电职业技术学院 电子电气工程系.

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1 通用变频器应用技术 四川机电职业技术学院 电子电气工程系

2 学习情境5： 变频器的 应用案例 分析及系统 设计方法
学习性工作任务17： 变频器在攀钢热轧厂辊道控制系统中的应用 （2学时）

3 教 学 目 标 知识目标： 能力目标： 1．了解通用变频器的应用范围。 2．明确实际控制系统使用通用变频器的实际意义。
教 学 目 标 知识目标： 1．了解通用变频器的应用范围。 2．明确实际控制系统使用通用变频器的实际意义。 3．明白通用变频器控制系统的设计步骤。 能力目标： 1．能对通用变频器控制系统进行分析。 2．能对简单的通用变频器控制系统进行初步设计。

4 教 学 内 容 17.1 辊道传输概述 在自动化大生产中，将要求加工、处理或搬运的工件按照工艺要求沿一定的路径连续输送时，大量地采用辊道传送方式。当然，被传送的工件必须有一定的条件限制，比如，在被传送的方向上。其几何形状、几何尺寸的长度上要符台辊道传送的要求，整体刚度也应适合辊道传送等等。但这些要求恰恰形成了辊道传送的特点，加上这种传动组合方便，对物件与环境温度、湿度适应范围极宽，因此，在许多加工行业中,尤其是冶金行业内，得到了广泛的应用。

5 辊道传送的动力源是辊道电动机。辊道电动机带动道辊滚动的方式主要有如下几种：
(1)电动机直接驱动单辊。 (2)电动机经减速器后驱动单辊， (3)电动机直接经链条驱动多辊。 (4)电动机经减速器后由链条驱动多辊。 用电动机作为动力源的道辊称为主动辊。无动力源的道辊称为被动辊。被动辊处于两个主动辊之间，起滚动传递作用。并不是所有的辊道都有被动辊。视驱动的物件的长度、重量及辊道电动机驱动能力而定。通常将苦干个主动辊(必须)和若干个被动辊(选用)组合在一条线上，以达到某一工艺要求，称之为一个辊道组。一个完整的生产线其辊道传动系统就是由若干个辊道组组成的。

6 17.2 辊道变频器的选用 辊道传送的控制主要是控制辊道电动机的起停、转向和转速。
为了改变工件传送的方向，以便与加工、处理设备相衔接，还要配备各种不同的给料装置。给料装置的动作有些是独立完成的，有些是与辊道的控制同步进行的，因此,不清楚整体工艺要求，断定是做不好传送系统的整体控制的。 17.2 辊道变频器的选用 辊道变频器的选用方法与变频器的通用选用方法没有原则上的区别。总体原则是：先保证工作可靠，再尽可能节省资金。

7 17.2.1变频器容量的选择 在交流辊道电动机变频器容量的选择上，首先，要特别注意的是同等功率的辊道电动机比普通笼型异步电动机的额定电流大很多。如YGAl32M-12型辊道电动机功率为0.8KW电压为三相380V，额定电流为3.5A，堵转电流为11A；JG25-12型辊道电动机功率为1.7KW，额定电流为7.6A，堵转电流为2lA。两者额定电流均为同容量笼型异步电动机电流的2倍以上。其次，辊道电动机部分被堵转或接近被堵转的情况在所难免。和普通笼型异步电动机不同，辊道电动机短时间堵转并不会造成损坏．辊道电动机的堵转电流仅为额定电流的3倍左右，这样适应了辊道传送的这一要求，但堵转增加了变频器的电流负担，没有足够的容量富裕，变频器将难以工作。第三，大型生产线上，处在配电室中的变频器一般离负载电动机的距离可能超过50m以上，电动机所处环境一般比较恶劣，这也是要增加变频器容量的原因之一。

8 那么，如何选择变频器的容量呢? 变频器的额定电流值≥K[NIMN+n(IMDN-IMN)] 式中N—组内辊道电动机台数； IMN—辊道电动机额定电流(通常一个辊道组选用一台变频器，一个辊道组内的辊道电动机型号通常是相同的，极少例外)； IMDN—辊道电动机堵转电流； n— 可能堵转的辊道电动机台数(它可以取总电动机台数的某一比例，亦可取传送物件可覆盖的主动辊道数)； K—系数，一般取1.1或大于1.1，不言而喻，它与所选取的变频器的质量有关。

9 17.3 攀钢1450热轧板辊道控制系统 17.2.2 制动单元与制动电阻的选择
可以大体确定，要求频繁正反转控制的辊道，其变频器一般应加制动单元和制动电阻，在有些场合，一般还需加直流制动，以适应控制的快速变换。位置控制的场台，一般也增加制动功能，以克服惯性的不确定性对控制精度的影响。对用减速器经链条传送的辊道、精度要求不高的一般传送,尤其是单方向的一般传送，可不用制动单元。 17.3 攀钢1450热轧板辊道控制系统 攀钢1450mm 热轧板厂是我国西部第一家热轧带钢厂。是20世纪70年代我国自行设计、制造的半连轧机，产品规格范围为(210～1210)mm ×(650～1300)mm ,品种为普碳钢、低合金钢等,钢卷最大重量为9t。其控制系统主要依靠国内的力量实现了现代化。新型两级自动化系统控制范围从加热炉入炉辊道开始直至成品钢卷称重为止,实现了完整的两级自动化系统,并包括了部分管理功能。图17-1为热轧板厂车间一角。

10 图17-1 攀钢热轧板厂车间一角

11 热轧板生产工艺 从炼钢厂送过来的连铸坯，首先是进入加热炉，然后经过初轧机反复轧制之后，进入精轧机。轧钢属于金属压力加工，说简单点，轧钢板就像压面条，经过擀面杖的多次挤压与推进，面就越擀越薄。在热轧生产线上，轧坯加热变软，被辊道送入轧机，最后轧成用户要求的尺寸。轧钢是连续的不间断的作业，钢带在辊道上运行速度快，设备自动化程度高，效率也高。从平炉出来的钢锭也可以成为钢板，但首先要经过加热和初轧开坯才能送到热轧线上进行轧制，工序改用连铸坯就简单多了，一般连铸坯的厚度为150～250mm，先经过除磷到初轧，经辊道进入精轧轧机，精轧机由6架4辊式轧机组成，机前装有测速辊和飞剪，切除板面头部。精轧机的速度可以达到23m/s。热轧成品分为钢卷和锭式板两种，经过热轧后的钢轨厚度一般在几个毫米,如果用户要求钢板更薄的话，还要经过冷轧。

12 图17-2为攀钢热轧板厂生产工艺示意图。热轧生产线，包括两台加热炉、两台两台带立辊的粗轧机R1-R2、热卷箱、除鳞机、6架4辊精轧机F1-F6、后面为12机组的冷床、卷取机等主轧线、精整、剪切等加工线。其中热轧生产线包括120组输送辊道。 图17-2 热轧板厂生产工艺示意图

13 辊道控制系统 输送辊道在整个轧制线上起着重要的作用,担负着输送板坯和薄板的任务。在不同的轧制区域,工艺对辊道的调速性能的要求是不间的。如在可逆粗轧区, 辊道需快速频繁可逆运行多在精轧卷取区,辊道需能正反转运行,并有快速制动停车能力。 辊道由交流鼠笼电机拖动，交流电机由交流变频调速装置提供电源。热轧生产线上的粗轧机、精轧机,在轧制不同规格的中板或薄板时, 轧制速度不同,相应的辊道传送速度也跟随变化,一般要求调速比为1：20。辊道属多机拖动, 频繁起、制动工况, 恒力矩负载,并有不规则的负载冲击。辊道运行速度曲线如图17-3所示。不在可逆粗 轧区或有的高速精轧区, 制动占空比 可高达5%～10%, 从而对调速装置提出了较高的制动要求。

14 图17-3 辊道运行速度曲线 为满足控制要求，调速装置采用ABB公司的ACS-640系列变频器作为辊道的传动控制。辊道分6组控制，每组20台电机，调频范围4～80Hz，可快速起动、制动，系统状态信息指示, 故障报警等均程序化处理。轨道电机参数：2.1KW，380V、10A，采用的制动单元型号：ABB NBRA-282.3KW/DC、510V，制动电阻西门子6SE70 170KW/2.35Ω。系统的控制框图如图17-4所示。

15 图17-4 系统控制框图

16 变频器的控制、状态指示、故障均由PLC处理, 一组辊道的控制结构图如图17-5所示。
图17-5 一组辊道的控制结构图

17 应用效果 控制系统于2003年5月投入运行，过程控制计算机系统于2004年6月投入运行。系统投入运行以来，运行状态良好，提高了产量，改善了产品质量，取得了巨大的经济效益和社会效益。

18 课 外 任 务 1．布置课外作业 2．进行学习经验总结 3．预习下一次课程