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直流调速装置在轧机中的应用 【摘 要】本文对西门子公司6RA70直流调速装置的特点和功能作了介绍，以某厂单机架可逆式冷轧机组为背景，结合轧制过程中的速度控制，对整个传动控制系统的结构和工作原理作了详细阐述。 【关键词】6RA70 直流调速 冷轧机 速度控制 在冷轧薄板轧制过程中，要求有较大的调速范围，过载能力大，并能适应频繁的起、制动及正反转。由于直流电机调速性能好，转矩控制简单可靠，过载能力强[1]，加上配套的西门子6RA70系列全数字直流调速装置，以其优越的性能，在冷轧生产中得到广泛应用。 1.工艺简介 1.1 单机架冷轧机组简单介绍 图1 冷轧机传动系统示意图 轧制时钢带速度的控制是轧机过程自动化控制系统的重点之一。图1是某厂单机架四辊可逆式冷轧机组电气传动系统简单示意图。轧制过程是靠旋转的轧辊与钢带之间形成的摩擦力将钢带拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程[2]。入、出口卷取电机通过减速箱分别连接到卷取机膨胀芯轴上，钢卷被芯轴胀紧，钢带经过导向辊穿过轧机上下工作辊。当轧制方向由左到右时，入口卷机电机速度给定相对于轧制方向速度相反，即电机转矩方向同实际运动方向相反，从而形成入口张力；出口卷取电机速度给定超前轧制方向速度，处于堵转状态，形成出口张力。上部电机和下部电机输出轴通过减速箱分别连接上、下支撑辊，支撑辊和工作辊之间通过轧制力紧紧压靠在一起，支撑辊的旋转带动工作辊的旋转，通过调整上下部电机速度，来实现轧制过程中的穿带、加速、稳速轧制和减速等状态。 1.2 直流电机调速方法 根据直流电机转速方程[1] （1） 式中，为转速（r/min），为电枢电压（V），为电枢电流（A），为电枢回路总电阻（(），为励磁磁通（Wb），电机常数。 有三种方法调节电动机的转速[3]： (1) 调节电枢供电电压； (2) 减弱励磁磁通； (3) 改变电枢回路电阻。 目前直流电机的主要调速方式，在电机基速以下时，是通过对电枢电压的调节来实现电机速度从零到基速的调节，磁通量保持恒定；而在电机基速以上时，电枢电压达到了额定值，将不可能再上升，而采用调节励磁电流的方式来改变磁通量，通过降低磁通（即弱磁）的方式来提高电机转速，实现电机速度从基速到最大速度的调节[3]。 2.西门子6RA70直流调速技术 2.1 西门子6RA70介绍 德国西门子公司的6RA70系列通用全数字直流调速装置是一个以电流环为内环，速度环为外环的双闭环调速系统，采用逻辑无环流调速方案。弱磁调节采用与反电动势相关的非独立弱磁控制方式[4]。它采用高性能微处理器完成电枢和励磁回路所有从速度设定到触发脉冲形成的各种调节、传动控制功能，及监控、通讯控制等各种辅助功能。控制软件以控制功能块的形式存放在Flash-EPROM中，通过参数设置，可以方便地将软件功能块连接起来实现各种驱动控制功能、逻辑控制功能等。 西门子6RA70特点 (1) 全数字直流调速，抗干扰性好，运行可靠。 (2) 具有故障自诊断和处理功能，可对缺相、过 流、过压、欠磁、超速等各种故障进行监视和处理。并能模拟电动机的温升曲线，对电动机过热进行监视。 (3) 完全开放的通讯协议功能，支持包括 SIMOLINK、PROFIBUS、CAN、USS等通讯协议。 (4) 根据工艺要求，通过选件安装，扩展系统功 能，如通讯板、张力板等特殊控制。 (5) 通过装置并联，实现扩容。 2.3 并联应用技术 西门子6RA70系列装置额定电枢电流范围为15至2000A，额定励磁电流3到85A，但通过并联整流装置的方式扩展，输出额定电枢电流可达到12000A[4]。并联装置其中1台被设置为主装置，具有电流、速度双环的完整调节系统，其余设置为从装置，它们采用主装置的脉冲方式工作。主装置接受速度给定及各种控制指令后，经过处理，通过并行通信接口，向从装置实时传递脉冲角度信号及各相关控制信号，从而使从装置能同步触发与主装置上位置相同的晶闸管，从装置也通过并行接口向主装置传输本身状态字等数据。 并联连接的技术要求： (1) 最多可并联连接6台装置； (2) 并联连接的装置必须是同型号同规格； (3) 为保证电流分配，并联连接的每台装置必须配进线电抗器； (4) 电源主回路进线1U1/1V1/1W1之间必需要相同相序； (5) 电枢回路1C1/1D1之间必需要相同相序； 3.单机架轧机传动配置 某冷轧厂单机架四辊可逆冷轧机控制系统结构如图2所示，包括三级控制系统：基础自动化Level1网络，采用PROFIBUS-DP现场总线，将西门子6RA70系列直流调速装置连接到一起，再通过第三方支持该协议的5136-PFB-VME通讯卡，同控制中心APC机架通讯。Level2网络有两条，一是APC机架同GE9070机