张保师

（河钢股份有限公司承德分公司、河北省钒钛工程技术研究中心，河北 承德 067000）

作为河钢承钢轧钢产线，西门子6RA70 直流调速装置。西门子6RA70 型直流调速装置就有三套装备，还包括串联六脉动和并联十二脉动等。通过直联的方式保证直流电动机的正常运作。但是由于现阶段技术的改革，西门子6RA70 型直流传动装置被新型号取代和停产，转而出现了西门子6RA80 型直流传动装置。而且所生产的备件都是6RA80 型直流调速装置的备件。根据西门子官方反馈：新型的CUD1-L2 控制板能够取代以往的L1 版控制板，实现上下的兼容。但是在实际的应用当中出现故障较多，对此需要设计良好的方案，并对方案进行优化处理，使之与西门子6RA70 型直流调速装置相匹配，减少因数据偏差造成的系统故障，提升使用过程的安全程度和稳定性。

1 优化安装CUD1-L2控制板方案的必要性

1.1 6RA70 型直流调速装置介绍

西门子6RA70 型直流调速装置由三相交流电源直接供电，使用了微型计算机技术来实现数字化的给定、比较、调节和控制，属于数字化的整流控制装置。内部结构紧凑，能实现对运行状态的实时监控，进行自我诊断以及出现故障自动报警功能，性能较好，可以为直流电机电枢供电，能通过对操作方式设计不同的给定方式来满足不同的生产要求。整体的自动化水平高，精度高且功能齐全。

1.2 安装出现的问题

由于6RA70 型直流调速装置的停产，通用备件不足，很难实现原装标配。这种时候要想对6RA70 型传输装置进行改造，就需要安装新型的CUD1-L2 控制板。在安装完控制板之后系统内的电流会出现迅速升高现象，有时会造成系统断电停止运行，与此同时系统会报出故障。

旧型的CUD1-L1 控制板安装之后，电机在运行过程中电流曲线非常平稳，很少出现设备故障无法运行的状况。而相比之下，新版的CUD1-L2 控制板安装之后，整体的运行不平稳，电流波动较大，变流器因电流的较大波动和速度告停，严重影响电机正常运转。

1.3 优化安装方案的益处

西门子6RA70 型直流调速装置属于大型的设备，企业更换设备成本极高，一旦安装CUD1-L2 控制板不成功，故障频发，就需要企业更新设备。通过对控制板应用方案的优化，为企业节约了大量的资金投入，为企业创造更多的经济价值。新的控制板的应用能大大提升设备的运行效率和安全稳定程度，大大减少运行过程中出现的故障，延误工程进度。此外也彰显着我国技术水平的高超和先进程度，为其他相关设备的研发优化提供有价值的参考方向，促进我国钢铁企业的持续稳定发展。因而需要分析现有的安装问题，寻找有效的设计方案进行优化和实施，真正意义上实现CUD1-L2 控制板向下包容的特点，在生产中得到广泛应用。

2 安装CUD1-L2控制板的设计方案

2.1 从速度环着手设计方案

2.1.1 速度环的工作原理

CUD1 控制板在西门子6RA70 型直流调速装置正常运转过程中所发挥的作用十分重要。它主要是用于对输入装置发出的各种信号进行分析，然后对信号进行比较和计算，最后把计算的结果向其他控制单元输出。比较单元也是进行数值的输出，主编码器和从编码器都是用来反馈数据的，比较单元需要将两者反馈的数值进行对比，再把比较得出的数值向控制单元输出。

设定新方案的目的是为了解决现阶段安装CUD1-L2 控制板导致的电机障碍。因此需要从目前的电机故障着手，由于速度波动在一定程度上会影响到电流波动，所以对电机实际运行过程中的速度和与之相应的电流运行曲线进行了对比分析。具体情景电机传输过程属于一个闭环系统，在这个系统当中存在着外环控制和内环控制。外环控制依靠速度环展开，内环控制是使用电流环进行约束和调整。当运行过程中速度环产生了波动时，此时为了将外环当中出现的信号波动超调值消除掉，内环就进行运转，对波形进行反方向的调整，从而实现对速度环产生的速度值的调整。在这个流程的运转期间就会出现电机的电流波动状况。

2.1.2 方案设计

针对以上对运行原理的解析，为此做出了假设：能不能通过减少运算单元和比较单元两个单元的计算任务量，或者绕开这两个单元，实现速度波动量的减少，从而达到消除安装CUD1-L2 控制板时出现的电流波动状况的目的。

首先需要对速度环展开分析。在速度环中进行数据反馈的装置是编码器。主编码器从脉冲分配板经过之后，输入的信号被放大，进入6RA70 型直流调速装置的比较单元当中。而从编码器数值携带的输入信号被脉冲分配板放大之后进入到6RA70 型直流调速装置的PLC 当中。期间在进入脉冲分配板时主编码器的速度反馈会在此时出现不同程度的信号失真。对于这种信号失真CUD1-L2 控制板相较CUD1-L1 控制板更加敏感，运行时就会出现剧烈的电流波动。

将编码器脉冲数当作速度比较反馈和对发电机反馈的电压值进行测速然后作为速度比较反馈是电机进行速度反馈的两种形式。要想解决信号失真问题，可以采用第二种对发电机进行测速并做速度比较反馈。对此可以用测试发电机的电压信号这一方式来取代编码器脉冲信号，把发电机电压信号测速直接输入到西门子6RA70 型直流调速装置当中，在此期间罗列出速度环的各项参数，对他们进行反复多次的调试，最终得到合理的参数，从而将速度环出现的电流波动降低，处于允许的数值范围内。具体的操作是将端子外接输入信号线缆进行更换，主要是CUD1 控制板当中的X171 和X172 等,从而实现对速度环电流波动的控制。

2.2 从包络线曲线着手优化方案设计

2.2.1 包络线运行原理

在6RA70 型直流调速装置当中包络线环节主要是对于运行速度的监控。它的工作原理是将电机在实际运行过程中的运行曲线与计算曲线进行对比，发现误差，并方便展出出现误差的参数项进行改进。从启动电机一直到关闭电机的整个运行过程当中，给每个位置点都设定出可运行的最高速度，而一旦电机运行速度超过这一位置点所设定的最高速度的15%时，安全装置被启动，安全回路就会运行起来自动断电。此时系统中就会报出包络线超速。在整个计算环节对于速度拐点和加减速阶段的比较曲线计算较为复杂且存在难度。前文中提到了更换CUD1-L2控制板时出现的包络线超速故障，这些故障大多是电机运行的减速段到爬行段的拐点处。下图1 为CUD1 控制板的比较单元原理。

图1 CUD1 控制板的比较单元原理

在原厂的CUD1-L1 控制板尚未停产时，安装CUD1-L1 控制板在6RA70 型直流调速装置当中，整体运行过程中电流相对稳定，运行各点包括拐点处时的运行曲线平顺，不会出现故障。但是在使用了CUD1-L2 控制板后，运行过程中电流波动较大，在运行到拐点处时运行曲线的波动值远远超过了计算所得的最高数值，安全回路断电，从而导致包络线报超速故障。在进行了多次的实验对比以后发现，从匀减速到爬行段的拐点，该点处计算后的比较曲线整定值与实际运行曲线几乎是完全重合，说明运行过程中轨道未发生变化，曲线系数一致，更有可能存在变量问题。但是从运行的速度对比来看，实际运行速度比计算的速度相比远远大于1.15 倍之多，可以得出结论是实际运行速度过快远超计算值所导致的，可以对试验中的速度参数进行适当增加。实际速度曲线与理想速度曲线对比如下图2 所示。

图2 理想速度与实际速度曲线

包络线超速比较曲线计算公式：vt2-v02=2as。

其中vt=初始速度，v0=加速后速度，a=减速度，S=减速距离。

在试验阶段，初始速度vt和加速后速度v0等同于实际的运行速度，在对程序中的数据库参数进行比较后发现减速度比实际运行减速度值小，为0.69m/s2（当井深度为600m 时，匀速段运行速度在10.99m/s2）。然而实际运行中的减速度远远大于这一数值，从而导致电机在减速变爬行拐点处时出现包络线超速故障。

2.2.2 方案设计

在经过了专业人员10 余次的反复试验之后，最后测得精准数据实际减速度为0.74m/s2。然后将试验过程中需要的减速度参照值由0.69m/s2变更为0.74m/s2。通过提高试验时的减速度，减少实际速度与理想速度之间存在的差距，让实际运行时与计算设定的各项数值相匹配，从而最大程度的消除包络线的超速故障，更好的进行速度监控工作。

3 结语

文章主要探讨了新型的CUD1-L2 控制板安装到西门子6RA70 型直流调速装置过程中出现的各种问题，并通过对速度环和包络线曲线两个环节进行方案设定和优化，并将这些方案应用到了北洺河铁矿的多个电机中。同时试验期间对编码器的脉冲系数进行适当调整，将电机运行期间的实际位置值与实际值相吻合，大大提升速度监测保护的效率，让电机正常运转，减少故障。通过这些新的方案的研究和应用为我国轧钢企业的发展减少阻碍，降低购置机器的成本，也为今后的设备改良提供思路以供参考。