S120变频器在线材生产线中的应用

2021-01-22马翔

山西冶金 2020年6期

马翔

（首钢长治钢铁有限公司轧钢厂，山西长治046000）

在驱动电机转速运作过程中，变频器起着至关重要的作用。在线材的生产过程中，线材主要经历粗轧区、中等轧制区最后到达精轧区[1，2]。轧制线材需要确保各个轧机间的具有相等的轧件秒流量，要想达到此要求，需要保持快速地连续调节各主驱动器间的电机速度，实时对滚动的速度进行微调。为避免引发各相邻滚动部件间的流量达不到平衡状态甚至引发滚动事故的发生，变频器主要负责速度的调节，包括大调速范围的主传动；高速的调节以及小静态的下降速度；下降较小幅度的动态速度以及短恢复时间。某钢厂线材生产线主要负责S120变频器在包括粗轧机、中轧机各自6个机架以及位于精轧区的4个机架的电控以及驱动系统的调试编程任务。该型号变频器主要采用公共直流母线原理，将电机驱动共分为8段，匹配电源模给不同段的直流母线进行供电，进而驱动不同段的电机运动。

1 S120变频器的基本装置

驱动系统MASTERDRIVES系列为日前广泛应用的变频器控制系统，S120属于西门子公司之后更新系统中SINAMICS系列的其中一种新型的变频器，并逐渐取代MASTERDRIVES驱动系统。S120的主要设计特点是实现了模块化，它主要包括矢量控制、V/F控制以及伺服控制一体化的集成变频控制驱动系统。S120的各个模块主要通过标明为DRIVE-CLiQ的通讯接口来进行互相连接。其中，各个模块主要包含电机模块、电机编码器模块、I/O接口模块、整流/回馈模块以及控制单元模块。

电机模块主要负责给电机提供电源，此外选择双轴的电机模块最大程度地满足了紧凑式的模块设计。控制单元模块主要负责整个驱动系统的智能化驱动，驱动器的运行也依靠整个控制模块的控制。此外，控制单元模块还包括其他一些重要的附加功能，比如，定位功能以及I/O接口间的逻辑运算功能等等。

模块化的S120变频器控制系统为实现上位的控制系统的连接，控制单元模块集成了PROFINET或PROFIBUS DP这两种接口。这两者相结合既可以实现矢量控制，还可以实现伺服控制，如此扩大了设备模块化设计的程度，增加了设备的使用种类和形式。尽管在设计层面取得了一定的优越性，但设备系统组件间的兼容性以及由此带来的设计成本仍为一个考虑的问题。S12O型号的变频系统，在满足了模块间自由组合的优势之外，还可以使这些系统组件间保持较高的兼容性，达到了最优的状态。究其原因主要是因为在每一个组件上都有其自身的识别器，也就是铭牌，它在整个驱动系统开始组态起着至关重要的作用。比如，电子铭牌中不仅存在识别码和订货号，还存在电机集成编码器和等效电路的参数等重要信息。当系统组件进行重新组合优化时，由于各个组件都有其特定的识别信号，可被DRIVE-CLiQ电缆被自动识别，避免在设备进行调试或者优化组态时手工录入数据的繁琐以及不确定性，整个过程快捷以及安全可靠。

基于以上模块装置配套，S120型号变频器具有性能高、通用范围广，前景巨大。

2 S120变频器的应用

S120变频器的基本装置最重要的特点是具有模块化设计，可使各个设备组件间进行优化组合配置以满足不同工段对于不同配置组件间的要求。S120型变频器的主要组件包括有控制器、输入输出的接口模块、功率单元以及编码器模块等部分组成。

2.1 S120变频器的运行

针对S120变频器运行应用过程中，其中核心部件为控制器，CF储存卡用来记录与储存文件以及各项参数。当第一次运行送电时，控制器将首先检测到与该控制器连接的各个组件的固件版本，它可以检测出所选用的CF固件版本的不同，当检测出的固件版本较低时，系统则会提示要求进行升级固件版本。

需根据设计要求，将各个组件间进行安装配置。根据每一组件都有自己不同的铭牌，各个组件间主要通过DRIVE-CLiQ的通讯接口来进行互相连接。值得注意的是，在设备首次通电前，需要插入一个无其他配置信息的空CF储存卡，如若含有其他配置信息的CF储存卡将影响配置的项目精准识别，控制器发出故障信号，无法正式预运行。当项目完成配置之后，需控制器对各个设备进行辨别并加以控制。在这一调试过程中，相同的设备将会驱动的不同的运行项目，但整个存在于统一的同一个控制器，这个过程则需要控制器精准辨别并控制好每一设备所驱动的对象。

当完成好识别各个驱动对象任务之后，需要进行参数调整。整流部分的参数主要包括进线电压，当完成好相关参数测试之后，还需要对测试直流母线的送电状态，并在之后观察是否有正常的母线电压。除此之外，也需要对逆变单元中的参数进行调试，包括有关电机的参数、电流限幅、控制类型、加速时间以及编码器相关参数的设定。最后，在电机的初运行过程中，仍会优化各个参数以便使电机进行正常的运行。

2.2 S120变频器的调试软件

S120变频器的调试软件主要选用的是starter测试软件，该软件的主要应用特点是图形可视化，可通过图形曲线的变化，快速查找设备参数，以供进一步修改。该软件主要包括三种安装方式：独立安装、集成于Scout软件和DriveES软件中的安装。针对不同系列的安装器可选择不同的安装方式。

3 S120变频器的应用评价

在某钢厂线材生产线中之前所使用的6SE70装置相比，S120变频器装置应用方便。该装置的一大应用特点是需对装置进行系统的配置，该型号的变频器依据设计思路的不同，可满足仅仅使用1个控制器完成对多个功率模块间的控制。在最初的调试开始时，配置不同被控制对象，并根据控制对象的不同可将传动装置分割成为不同的几个小的组成系统部分。图1为总结的S120的控制器配置步骤，并且根据现场应用结果分析表明，该S120变频器满足线材生产线中的应用要求。