直流调速器6RA70在高速线材轧机的应用

【摘 要】介绍了粗轧机控制系统升级改造方案，采用西门子公司6RA70数字控制系统，完成对电机的调速控制，包括电机的启停控制，电机保护及故障诊断等任务

【关键词】直流调速器；粗轧电机；S7-200

湘钢高线厂二线现在运行的粗轧机主传动系统为1992年改造投入运行的，该系统经20余年的运行，设备老化严重，部分备件早已无法采购，严重威胁着生产的正常运行，故决定对其进行改造。此次只对电控系统进行改造，本着节约费用的原则，对能利旧的设备和材料尽可能利旧，如主整流变压器、励磁变压器、直流侧快速开关、隔离开关、测速光电编码器及主回路和控制回路绝大部分电缆。改造方案的各项性能指标应能保证电控系统技术上的先进性、合理性、可靠性及满足工艺要求。

1 设计方案

1.1 直流调速系统概述

电气传动系统采用德国西门子公司全数字调速系统，采用SIMOREG K 6ra70 系列全数字调速系统配以国产功率柜。全数字控制系统性能好，可靠性高，可以满足高动态品质与高调速精度的要求。对传动系统的控制采用了灵活多样的软件模块，可以满足各种不同控制的要求，并具备调速系统最佳控制性能的自动优化功能。全数字装置还提供了对传动系统完备的监控保护与故障自诊断功能。同时还拥有方便快捷的通讯联网形式，可以同自动化系统联网通讯，进行参数的设定和各种信息的交换。

1.2 电机主要参数

额定功率：2000 KW

额定电压：1200V（电枢串联，两电枢各600V）

额定电流：1800A

额定转速：300/600 rpm

短时过载电流：2.50/2.0倍60秒

遮断电流： 2.75/2.06倍

励磁电压： DC220V（串联两磁场各110V）

励磁电流： 83/28A

1.3 传动系统基本方案

1.3.1 电枢主回路：

主传动系统电枢主回路，采用ARITIME公司生产的晶闸管变流柜，其主回路为单象限6脉动可控硅整流电路。

（1）与改造前的系统保持一致，采用单象限电枢不可逆方式。

（2）直流调速系统的控制方式为：

电枢回路双闭环系统：速度环（PI-P）和电流环（PI）

励磁回路双闭环系统：反电势环（PI）和励磁电流环（PI）

系统的最佳整定包括速度给定响应和抗扰动能力为最佳。

（3）直流调速系统的调速方案为：

基速以下：改变电枢电压调速

基速以上：弱磁升速

控制单元6RA7025-6DS22为电枢不可逆，额定电流60A控制箱。对应于此控制单元，传动系统的系统配置为：

原控制装置 现传动装置 标定匹配

装置电枢电流 60A 3000A 电流互感器，控制箱内匹配电阻

装置励磁电流 125A 125A

交流输入电压 400V 1118V 高压隔离变压器

直流输出电压 335V 1200V 电阻分压板

1.3.2 TCP2系列晶闸管功率柜配置及实现的功能

每个桥臂有晶闸管的过流保护快熔

每只晶闸管有浪涌阻容吸收保护

脉冲功率放大电子板

功率柜有散热风机

晶闸管柜体结构要求采用并联风道技术，保证散热效果好

晶闸管柜具有保护快熔指示和冷却风机运行等综合指示

1.3.3 功率变流器设计方案

粗轧机功率部分为不可逆系统功率柜TCP2-120/300-10一台。其单台技术指标如下：

额定输入电压 AC1200V ±10%

额定输出电流 DC3000A

一分钟过载能力 DC4500A

相对此2000KW 1200V直流电机的技术性能指标：

长期工作电流裕量 1.67倍

一分钟过载电流能力 2.5倍

1.3.4 励磁单元的设计方案

励磁回路采用西门子6RA70直流全数字装置6RA7031-6DS22 （125A）的电枢部分来实现三相励磁电流调节，励磁电流给定由电枢6RA70控制器给出，弱磁由电枢6RA70控制系统控制。

三相励磁调节，SIEMENS 6RA70直流全数字装置：6RA7031-6DS22

额定输入电压 AC400V ±10%

额定输出电流 DC125A

过载能力 DC225A（额定电流的180）

要求励磁可逆，即通过改变励磁电流方向来改变电机旋转方向。

1.4 控制功能和系统指标

（1）主要的控制功能：

传动起停控制及运行监控

速度控制

电枢电流控制

弱磁时的电压控制

励磁电流控制

联网通讯接口

（2）系统指标：

静态精度：く0.1%

速度响应时间：く200mS

动态速降：く4%

电流动态响应时间：く30mS

2 直流调速系统与PLC通讯

直流调速系统配有PROFIBUS DP通讯接口板，与PLC进行数据交换（3#飞剪前夹送辊除外）。过程数据交换通过PLC至传动的控制字和传动至PLC的状态字实现，每一个字均为16位。但并不是每一个字或每一个字的每一个位都有用，实际应用中只联接有用的字或位。

控制装置与PC机接口的母线地址：控制装置与PC机接口的母线地址是一一对应的，否则， 控制装置与PC机将无法连接。如有必要， 必须在控制单元上的简易操作面板上对母线地址进行查看和设定。例如：当使用SIMOVIS V5.3.1软件对EEPROM下载程序或重装缺省值后， 必须在控制单元上的简易操作面板上对母线地址进行确认。

3 结语

西门子直流调速装置调试简单、控制稳定，完善的保护使自动控制系统变得简单可行。由于粗轧机的主传动，因其容量大、电压高，控制要求高，为了提高系统的可靠性、可维护性、实时性和改善控制性能，同时使整套系统的控制技术达到先进水平以及考虑和其它传动系统备件基本一至性，采用西门子公司6RA70数字控制系统，完成了对电机的调速控制，包括电机的启停控制，电机保护及故障诊断等任务。

参考文献：

[1]李发海、李岩《电机与拖动基础》第3版 2006.2

[2]陈伯时 《电力拖动自动控制系统》第3版 2007.8

[3]西门子《6RA70系列全数字直流调速装置》使用说明书，第13版2007.9

作者简介：

姚道文，男，湖南桃江，1985年12月，湖南华菱湘潭钢铁集团有限公司，助理工程师，研究方向：电气控制。