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1、轨梁厂热锯装置变频器的应用1.前言*有限公司轨梁厂100米重轨万能生产线于2004年底建成投产，其设备及生产工艺由德国SMS公司引进，基础自动化控制系统采用德国SIEMENS公司PCS7系统构建，轧制线7机架轧机采用串列连接方式，轧制线跨度达663米；万能线轧机辅助传动系统全部采用的是交流变频技术，在建设初期传动装置使用的是德国西门子6SE70系列矢量交直交变频调速系统，随着西门子6SE70系列逐步退出市场及国内变频器技术的日趋成熟，轨梁厂准备使用国内知名的汇川MD500系列变频器对万能线热锯电机使用的西门子6SE70系列矢量变频器进行升级替换。2.工艺布置万能线共有7套轧机，分别为BD1/B
2、D2开坯机，U1/E1万能粗轧机，U2/E2万能中轧机，UF万能精轧机，其布置示意图如下：钢坯从加热炉加热至轧制温度后，由辊道传输系统传输至BD1/BD2轧机进行开坯，让轧件具备一定形状，以便万能轧机顺利咬入；轧件在BD2轧机后通过横移平台传输至万能轧机区域，经U1-UF 5套万能轧机的轧制后，最终形成成品，在大冷床入口辊道处通过HS1-HS2两台热锯进行切头切尾后经预弯小车将钢轨送至大冷床冷却。3.变频器的应用3.1.轧机位置控制系统针对7套轧机系统除主传动外，还有许多辅传动设备，如开坯机推床、压下、翻钢机、万能轧机提升辊道等，因此类设备要求快速响应及精确定位，因此也称为位置控制系统；位置控
3、制系统要求传动控制畅通有较高的动态响应和较宽的速度调整范围，采用的是德国西门子6SE70系列矢量交直交变频调速系统，其典型原理图如下：3.2轧机辊道传输系统万能线钢轨传输通过辊道实现，每组辊道采用多个电机驱动，由于辊道电机除了负责钢轨运输外，也要进行辅助轧钢，因此辊道电机在使用过程中要求启动转矩大、频繁正反转、具有较宽的调速范围，辊道传输系统也采用的是德国西门子6SE70系列矢量交直交变频调速系统，其典型原理图如下：4.热锯变频器存在的问题万能线两台热锯布置与大冷床入口端，每台热锯由锯片转动机构、锯片进给装置、轧件夹紧装置、切头倾翻装置构成，其功能是对热轧成型钢轨进行头尾锯切，以满足钢轨能够运
4、输到大冷床的需要。热锯锯片电机传动装置使用西门子6SE70系列矢量交直交变频装置，随着使用年限的增加，热锯变频器开始出现运行期间偷停的故障，经过现场程序监控、PDA分析等多种手段的排查，没有找到故障原因，请西门子工程师现场查找也未发现问题，其建议更换逆变器。通过采购查询，西门子6SE70系列变频装置价格过于高昂，在钢轨企业效益日渐下滑的今天，西门子的报价已超出企业接受的范围，且随着西门子6SE70系列变频器已退出市场，备品备件已出现采购不到的情况，经综合分析比较，轨梁厂决定采用国产厂家变频器对现有热锯使用的西门子6SE70系列变频器进行升级替换，在国内众多变频器厂家比较中，汇川技术股份有限公司
5、生产的产品得到厂家的认可。轨梁厂决定使用汇川MD500系列变频器升级替换热锯现在使用的西门子6SE70系列变频器。5.变频器的优势 汇川变频器系列变频器升级替换西门子6ES70系列变频器存在以下几点优势：l 汇川变频器的性能已达到西门子6ES70系列变频器的水平；l 汇川变频器兼容现有的整流-逆变构架，可直接替换西门子逆变器，无需更改现有构架；l 汇川变频器提供现有通讯接口模式，与PLC硬件连接及软件无需做太多更改；l 汇川变频器价格较同规格西门子变频器低了许多，性价比较高；l 汇川变频器较同规格西门子变频器尺寸减小1/3左右，更加便于设备维护与检修。6.变频器更换方案6.1.现有设备参数6.
6、1.1.电机参数 额定功率：250KW 额定电流： 430A 额定转数：1500rpm 额定电压： 380V 空载电流：150A 极限冲击电流： 700A6.1.2.西门子变频器参数 装置型号：6SE7037-0TJ60-Z 矢量控制逆变器 额定功率：400KW 直流输入电压：510650 DC 额定输出电流：690A 变频器与电机距离：100米6.1.3.变频器控制要求l 与PLC通过Profibus-dp总线通讯l 开关量信号作为外部急停安全按钮输入6.1.4.原变频器柜布局图 6.2.改造方案选用汇川重载机型变频器升级替换原西门子逆变器，原变频器柜利旧，控制线路进行部分更改，使用变频器自
7、带DI/DO点实现急停、外部故障输入、故障输出指示功能。汇川变频器型号： MD500T280G 额定功率：280KW 直流输入电压：510650 DC 额定输出电流：520A 过载能力：780A 60S通讯模块型号：MD38DP2 Profibus-DP接口；6.2.1.主回路 利用汇川变频器替换西门子逆变器后，原有直流母排不做任何变更，将直流母排L+与L-线加熔断器后直接接入MD500T280G变频器的DC+与DC-进线端；原有的电机连接线也不用做任何更改，直接接入MD500T280G变频器的U/V/W相输出端子，因电机与变频器连接线只有100米，因此本方案未考虑增加交流输出电抗器。系统主回
8、路接线：L+L-原系统DC母线排： DC 510650v熔断器配件MD500T280G-+外部急停外部故障系统Profibus DP总线DI1DP通讯卡（MD38DP2）ComWVURTSM3ACMD500T280G外形尺寸参照： 6.2.2.外部I/O接口 汇川变频器默认外部I/O接口共有12组，根据现场需要还可以进行扩展，本方案外部接口使用不多，因此不考虑增加外部I/O接口板。 本方案使用西门子Profibus-DP现场总线控制变频器的启停操作及频率设定，因此外部I/O接口只用于变频器及现场设备的硬件保护。根据现场需求，变频器外部I/O接口只使用3个点位，分别为急停输入信号、外部故障输入信
9、号、变频器故障输出信号。 急停输入信号：通过操作台急停按钮进行输入，当可能发生重大人身伤害事故或重大设备伤害事故时，通过按下急停按钮，可以直接切断设备供电电源，确保设备紧急停车。 外部故障输入信号：用于检测外部24V供电电源、直流侧熔断器是否正常，当发生外部故障需要变频器停机时，通过此信号停止变频器运行。 变频器故障输出信号：用于变频器柜柜门故障指示灯的控制，当变频器发生故障时，点亮柜门故障指示灯，用于提醒现场维护人员变频器处于故障状态。6.2.1.通讯接口 轨梁厂热锯区域所有辅传动与PLC的接口采用的是西门子Profibus-DP现场总线接口；利用汇川变频器替换西门子逆变器后，为了不影响设备
10、的通讯连接，在变频器上增加MD38DP2接口卡，用于与PLC的Profibus-DP现场总线连接。 MD38DP2接口卡是Profibus-DP现场总线适配卡，符合国际通用的Profibus现场总线标准，可提高变频器上通讯效率，实现组网功能，使变频器成为现场总线的从站，接受现场总线主站控制。 MD38DP2接口卡与西门子PLC之间的通讯设置较之西门子6ES70系列变频器与PLC之间的通讯设置简单，西门子变频器需要将控制字或状态字的K参数写入P参数，而MD38DP2接口卡只需要将所需的控制字或状态字映射到硬件地址中即可。 原西门子变频器与PLC之间的硬件设置为PPO2 4PKW/6PZD，因此替
11、换后的汇川变频器与PLC之间的硬件设置也采用PPO2 4PKW/6PZD，即6个状态字和6个控制字。原西门子变频器与PLC之间的硬件设置汇川MD500T280G变频器与PLC之间的硬件设置 根据现场对于控制系统的需求，PLC与变频器之间的状态字与控制字设定如下： 控制字： 1、设备运行控制字（16bit） 2、设备运行频率设定值Hz（Int） 3、设备转矩最大限制值%（Int） 4、设备加速度时间设定值s（Int） 状态字： 1、设备运行状态字（16bit） 2、设备运行频率反馈值Hz（Int） 3、设备运行电流反馈值A（Int） 4、设备运行转矩反馈值%（Int） 5、设备故障状态值（Int
12、） 上述状态字与控制字通过在STEP7编程软件中对MD38DP2接口卡的硬件设置直接将变量连接到变频器参数中，不用在变频器参数再做设置，比较方便的进行通讯连接。 在MD38DP2接口卡的硬件属性中，PZD1/2为系统默认的通讯字节，不需要进行设定，默认的通讯控制字PZD1为设备运行控制字，PZD2为设备运行频率设定值，通讯状态字PZD1为设备运行状态字，PZD2为设备运行频率反馈值，因此扩展的控制字和状态字只能从PZD3开始。 MD38DP2接口卡的硬件设置中PZDx(master-slaver)表示是主站写从站的相应地址，即控制字；PZDx(slaver-master)表示是主站读取从站的相
13、应地址，即状态字。PZD显示格式为十进制，即如要设置PZD3(master-slaver)为F2-10“速度控制方式下转矩上限设定”时，则需将十六进制数F2-10转换为十进制数61968，然后在该行的数值中填入61968，即完成对控制字设备转矩最大限制值的设定，反之状态字设定也相同。 7变频改造效果 改造后效果图 改造后电机电流PDA记录 万能线2#热锯锯片电机西门子变频器使用汇川变频器改造后，已平稳运行2个月左右，改造后未出现偷停情况，根据改造前偷停的频次，已确认故障已得到解决；根据PDA分析，变频器输出电流与改造前一致，变频器运行平稳，启动冲击电流在可控范围内；观察电机，电机运行平稳，温度正常；观察现有西门子整流器，输出电压与电流稳定，无温升，运行稳定。 综上所述，此次使用汇川系列变频器升级替换西门子6SE70系列变频器的案例成功，为轨梁厂变频器装置更换降低了成本，也为今后轨梁厂设备升级打下基础。
