摘 要: 本文介绍了ACS800多传动系统在中板定尺剪机组中的应用，并详细介绍了该系统的构成、特点和调试。
关键词: 直接转矩控制（DTC控制） 多传动系统 直流母线
Abstract: This paper introduced the application of multidrive system in medium plate standard-size-shear, and described the composition of the inverter system,feature and debugging. Keywords: DTC-control Multidrive system DC-Bus
1 引言
2006年初，安阳钢铁股份公司第二轧钢厂在其新建精整线上增加了一台定尺剪机组，用于钢板在矫直后的头尾剪切，达到进一步提高质量和产量的目的。
2 定尺剪机组概述
定尺剪机组主要由对中装置、前夹送辊装置、定尺剪、料边收集装置等组成。当钢板由冷床运送到定尺剪前辊道上，由剪前辊道将钢板运输至前夹送辊约500mm处，设在剪前的冷金属检测器动作，钢板自动停止，此时前夹送辊处于最大开口度状态，剪前的钢板通过五个呈线性运动的液压对中装置，将钢板平移到一侧。此后，剪前辊道将钢板运至超过前夹送辊400mm时，冷金属检测器发出信号，钢板停住，用夹送辊将钢板头部压紧，定尺剪启动把钢板头切掉;然后夹送辊、剪前、剪后工作辊道同步启动，将钢板送到指定尺寸长度为止时，夹送辊、剪前、剪后工作辊道停止运行，定尺剪启动把钢板尾切掉，然后夹送辊、剪前、剪后工作辊道同步启动把钢板送至收集台入库。
2.1 电气传动及控制
（1） 定尺剪
单方向剪切，频繁起制动，系统可逆。定尺剪主传动由2台630kW交流变频电机传动。装置过载倍数2倍，由两套逆变器作主/从控制，负荷平衡，基速以下恒转矩工作，基速以上恒功率工作，直接转矩控制，速度闭环。
（2） 夹送辊
单方向送料，频繁起制动。夹送辊分别由2台22kW交流变频电机传动两个下夹送辊, 将钢板导入定尺剪,并将发生剪切故障的钢板退回至剪前辊道。两台电机由同步轴硬性连接。由两套逆变器作主/从控制，2倍过载，直接转矩控制，速度闭环。
（3） 辊道
频繁起制动, 系统可逆。辊道由剪前输入辊道和剪后输出辊道组成，单电机单独传动，成组工作，标量V/F控制。
2.2 .ACS800多传动系统
公共直流母线技术是在多电机交流调速系统中，采用单独的整流/回馈装置为系统提供一定功率的直流电源，调速用逆变器直接挂接在直流母线上。当系统工作在电动状态时，逆变器从母线上获取电能;当系统工作在发电状态时，能量通过母线及回馈装置直接回馈给电网，以达到节能、提高设备运行可靠性、减少设备维护量和设备占地面积等目的。
公共直流母线控制系统通常由整流/回馈单元、公共直流母线、逆变单元、控制单元等组成。回馈单元可分为通过自耦变压器的能量回馈和不通过自耦变压器的能量回馈两种方式。通过自耦变压器的能量回馈可提高回馈支路中的电源电压，目的是在能量回馈过程中不必降低中间回路电压，使得逆变器能够获得一个较恒稳的直流电源;不通过自耦变压器的能量回馈实际上是保持系统一直处在回馈状态，在整流过程中依靠持续降低具有相角控制的中间回路的电压来实现。
图1 ACS800多传动系统的组成
多传动控制技术适用于很宽的功率范围，可满足各种应用;采用公共DC母线为基础的模块式结构可以组建经济、有效的系统结构。ACS800多传动系统可以集成到不同的现场总线上。采用DTC的异步电动机交流多传动系统，在速度/转矩控制模式下，拥有优异的动态性能及过载能力，功率因数接近于1，无需功率补偿设备，从而减小了变压器容量;由于使用鼠笼式异步电动机，其非电刷-滑环结构，不仅降低了维护费用，而且可实现交流传动的高效率、高可靠性。ACS800多传动系统主要由辅助控制单元（ACU）、进线单元（ICU）、晶闸管供电单元（TSU）、直流母线、传动单元和控制部分等组成，如图1所示。
3. ACS800多传动系统中的晶闸管供电部分
晶闸管供电部分从功能上可以分为三部分:辅助控制单元（ACU）、进线单元（ICU）、晶闸管供电单元（TSU）。ACU包括230VAC（115VAC）辅助电路（启动开关、急停开关、继电器、230V电路的保护开关）和TSU I/O电路板; ICU主要为主断路器（包括分断设备、负载电流ON/OFF开关、du/dt滤波器）; TSU包括晶闸管整流桥（正桥）、晶闸管逆变桥（反桥）和中间回路的直流电抗器。系统架构如图2所示。
图2定尺剪系统架构构成
3.1 晶闸管供电单元的主电路
晶闸管供电单元主电路包括两个六脉波的晶闸管变流桥，整流桥（正桥）和反并联的逆变桥（反桥），将三相AC电源转换成DC电源，然后通过中间的直流母线将电能输送给传动部分（即逆变器）。直流电抗器（中间电路电抗器）是为了使输出直流电流平波。当功率容量大于525kVA，如果不需要较大的制动功率，逆变桥的容量可以比整流桥的容量小一档。无论何时需要将电机制动能量回馈给电网时，反桥就会将直流电转换成交流电。
3.2 自耦变压器
在电网较弱、电源电缆很长、需要很高的制动功率和需要快速转换到制动状态时，以及轧机、剪刀机和辊道等使用场合，为提高晶闸管有源逆变桥的换流能力，需安装自耦变压器， 自耦变压器可以将有源逆变桥的电压提高20%，以提高逆变桥的换流能力和抗电源电压脉动的能力，使其在制动时，直流侧的电压保持在100%的水平。
3.3 晶闸管供电单元的控制
在某一时刻仅有一个桥工作，而另一个桥必须处于封锁状态。触发角自动进行调整从而保证中间直流电路的电压处于比较稳定的水平。正/反桥的选择和中间直流电路电压的控制是建立在供电电压、供电电流以及中间直流电路的电压测量的基础上的。触发角控制取决于DC电压和电流测量值，每60°为一个导通周期。晶闸管的换向重叠角并不是一个常数，在电流连续再生制动情况下，触发角取决于导线电感和换流时的直流电流。
3.4 晶闸管变流桥变换逻辑
晶闸管变流桥变换逻辑的原则是:
（1） 当出现以下情况时, 由正桥切换到反桥: 正向电流低于正向电流限幅值，并且TSU直流电压Ud（在直流电抗器之前）超过直流参考电压Udref与20.02 UC DIFF REV（中间电路正向额定直流电压的百分数）之和。
（2） 当出现以下情况时, 由反桥切换到正桥: 反向电流低于反向电流限幅值，并且TSU直流电压Ud小于直流参考电压Udref与20.01 UC DIFF FWD（中间电路反向额定直流电压的百分数）之差。
4 .ACS800多传动系统中的传动部分
传动部分包括逆变器单元、DC熔断器或一个带充电回路的熔断开关、CDP312R控制盘等。传动单元包括逆变器、冷却风机、传动控制单元、可选脉冲编码器接口模块RTAC-01和PROFIBUS适配器RPBA-01等。逆变器单元由IGBT输出桥组、电容、电流互感器、NINT主电路接口板、NPOW电源板等组成，它用来将中间回路直流电压转换为可控的交流电压。
4.1 IGBT逆变器的主电路
IGBT逆变器的主电路包括6个带续流二极管的IGBT和直流电容，这6个带续流二极管的IGBT集成一个单一的功率板。供电单元通过直流母线给逆变器供电。逆变器也能从直流母线获得控制板的电压和I/O板的辅助电压。各逆变器的急停信号来自辅助控制单元，并有急停应答信号回馈辅助控制单元。
4.2 传动控制单元（RDCU-01）
传动控制单元RDCU-01,包括应用程序与电机控制板NAMC-22和标准I/O板RIOC-01。NAMC-22是控制逆变器的核心模块。从其控制面板接口使用专用电缆可与CDP-312R控制盘连接，通过5个光纤通讯通道（1个PPCS通道、4个DDCS通道）对逆变器进行调试、控制。X3（控制面板接口、ConTROL PANEL），NAMC-22板从该接口使用符合RS-485数据传送标准的专用电缆与CDP-312R控制盘连接，利用CDP-312R控制盘对逆变器进行调试、参数设定、故障复位等操作和实际值显示、故障监控等功能。INI（INVERTER、Drive、逆变器光纤通道），通过光纤PPCS（功率板通讯系统，专用于ABB传动系统）通讯通道与逆变器内部的NINT主电路接口板连接，最终由NINT主电路接口板产生触发脉冲控制逆变器。
4.3电机控制方案和控制模式
本系统只使用了主控制字MCW中的B0、B3、B4、B5和B6，主状态字MSW中的B0、B1、B2和B3，辅助状态字中的B11。主控制字中的B0为ON信号，当MCW B0=1时，准备接通，当MCW B0=0时，不准备接通; 主控制字中的B3为RUN信号，当MCW B3=1时，进入RDYREF状态（允许运行），当MCW B3=0时，自由停车; 主控制字中的B4为RAMP_OUT_ZERO信号，当MCW B4=1时，无动作，当MCW B4=0时，强制速度积分的输出为零;主控制字中的B5为RAMP_HOLD信号，当MCW B5=1时，无动作，当MCW B5=0时，停止速度积分;主控制字中的B6为RAMP-IN-ZERO信号，当MCW B6=1时，无动作，当MCW B6=0时，强制速度积分的输入为零。主状态字中的B0为RDYON信号，当MSW B0=1时，准备接通，当MSW B0=0时，不准备接通; 主状态字中的B1为RDYRUN信号，当MSW B1=1时，准备，当MSW B1=0时，不准备; 主状态字中的B2为RDYREF信号，当MSW B2=1时，允许运行（RUNNING），当MSW B2=0时，禁止运行; 主状态字中的B3为TRIPPED信号，当MSW B3=1时，为故障状态。系统上电后，在MCW的B4和B5均为1的情况下，如控制端子DI2=1，通过MCW的B0、B3和B6启/停电机，其中，MCW的B6起到接通/断开给定信号通道的作用; 当MCW的B0=B3=B6=1时，电机启动; 要使电机正常停止，应首先使MCW的B6=0，以切断给定信号，使ASW的B11=1，然后，通过ASW的B11=1，使MCW的B3=0、MCW的B0=0，使电机停止; 如果直接使MCW的B0=0，则会造成电机急停，各逆变器的参数21.04（EME STOP MODE）均设为STOP RAMPING。当MSW的B0=1、MCW的B0=1、MSW的B1=1、MCW的B3=1时，电机开始运行; 当MCW的B0=1、MCW的B3=1时，使MSW的B2=1，则进入运行状态。当MSW的B3=1时，系统处于故障状态。
4.4主/从控制负荷平衡
主/从应用宏主要用于电机轴通过齿轮、链条、皮带轮等耦合的系统中。主机通过一条光纤串行通信连接控制着从机。主机是典型的速度控制，其他的传动系统跟随它的转矩或转速。当主机的电机轴和从机的电机轴通过齿轮或链条等刚性耦合并且它们之间没有转速差时，从机采用转矩控制。主/从传动系统通过DDCS板的CH2进行连接。在通讯中，一个传动系统可以被设置为主机或者从机。通常情况下，速度控制的主传动系统被设置成通讯主机。连接是通过上位机系统中的应用程序来配置的（参数70.08 CH2 M/F MODE）。在主传动系统中，通过参数70.08 CH2 M/F MODE选择主机为主传动模式，给定转矩源地址2.10 TORQ REF 3由参数70.11 MASTER REF3定义。如果通过参数70.08 CH2 M/F MODE选择从机为从传动模式，则主机的2.10 TORQ REF3通过数据集41被发送到从机的25.01 TORQUE REF A中，作为从机的转矩给定信号。本系统使用的主/从传动中，从传动系统采用转矩控制，接收从主传动系统来的转矩给定。在主/从传动系统中，只有主传动系统有转速环，因此，此转速环为主/从传动系统的共用转速环。
5.ACS800多传动系统传动部分的调试
5.1 建立电机模型
变频器DTC控制需要精确的电机模型，ACS800多传动系统逆变器具有独特的电机辨识功能，在辨识运行中，将通过监测电机对所施加的电源的响应建立精确的电机模型，辨识电机的特性以寻找最优的电机控制策略。将电机的基本数据输入到逆变器后，以手动方式启动电机ID辨识运行。在电机辨识运行期间，ACS800将识别电机特性，便于电机的优化控制。电机运行速度将达到额定速度的50%～80%。在完成电机的辨识运行前，要确保电机的安全运行。选择标准辨识，将机械设备与电机分离;检查电机的启动是否会引起危险; 启动电机; 在辨识运行完成后，电机停止; 当辨识运行成功完成。
5.2调试结果
经调试，各台电机启/停自如，动、静态性能良好。定尺剪机组各部分联锁、工作情况和系统指标、钢板剪切质量和剪切速度均达到设计要求。
6 结束语
ABB公司的ACS800多传动系统具有的高品质，以及与鼠笼式异步电动机相结合，实现了交流传动的高效率、高可靠性。定尺剪机组及相应的板边剪切机、冷床和辊道投用后，从而加快了钢板剪切速度，进一步提高了产品质量和产量。
参考文献
1. 邱公伟 主编.可编程控制器网络通信及应用.北京:清华大学出版社，2000
2. 阳宪惠 主编.现场总线技术及其应用.北京:清华大学出版社，2002
3. 张彦宾 主编.SPWM变频调速应用技术.北京:机械工业出版社，2006
4. ABB公司. ABB ACS800MD使用手册.2005.
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