基于CAN-LINK主从矢量控制国产变频器在转炉的应用

陈志强，公丕柱

（济南轨道交通集团有限公司，山东 济南 250101）

基于CAN-LINK主从矢量控制国产变频器在转炉的应用

陈志强，公丕柱

（济南轨道交通集团有限公司，山东 济南 250101）

目前，炼钢转炉倾动主要采用4变频器拖4电机的主从控制方式，但这一技术领域被外资品牌变频器所占据，国产品牌变频器难以胜任。针对这一现状，我们在研究国产变频器性能的基础上，与国产变频器厂家一起优化变频性能，成功地在印度某钢厂60 t转炉倾动系统上使用国产变频器，采用了先进的主从矢量控制方式，打破了外资品牌在这一领域的垄断。实践证明，国产变频器完全胜任炼钢转炉倾动的严格要求，满足炼钢需求。

主从控制；矢量控制；预励磁

炼钢转炉的倾动由4台电机完成，为了系统更可靠更稳定的工作，4台电机必须要求负荷分配要平衡，分配精度不能高于8%。由于这4台电机是刚性连接，所以要求所有电机的速度绝对同步，因此4台电机的传动普遍采用主从控制［1］。

主从控制方式中只能有1台为主机，另外3台为从机，主机采用速度控制方式、从机采用转矩控制方式，主机给从机发出控制命令，从机接受主机发出的启动、停止指令及转矩的设定值进行动作，且系统要求高响应，高精度，高可靠。同常规的控制方式相比，主从控制方式将系统的性能提高到了一个新高度，有效解决由于电机运行中的不同步而产生的转炉“点头”和“摇头”等现象。

满足主从控制的变频器主要有：基于SIMOLINK光纤环网的主从矢量控制方式的西门子6SE70变频器；基于SINAMICS LINK光纤环网的主从矢量控制方式的西门子S120变频器；基于RDCO-DDCS光纤环网的主从DTC控制方式的ABB ACS800变频器；基于MB+环网的主从矢量控制方式的施耐德ATV71变频器；基于DeviceNet环网的主从控制方式的AB1336IMPACT变频器等。

1　国产变频器主从矢量控制参数设置［2］

本项目上位机采用西门子PLC S7-414H，通过ET200M上挂接Y-LINK模块后采用Profi-bus-DP总线连接变频器，PLC与变频器采用通讯控制。4个变频器之间采用CAN-LINK组成主从控制环网，如图1所示。

图1　控制网络图Fig.1　Control network diagram

1.1基本参数设置

把电机基本参数输入变频器设置，见表1。

表1　电机基本参数表Tab.1　Basic parameters of motor

1.2设置Profibus-DP通讯扩展卡拨码

对变频器的Profibus-DP通讯扩展卡进行拨码设置，设置4台变频器的DP地址分别为4，5，6，7，见表2。

表2　拨码设置表Tab.2　Dial settings

1.3设置变频器正常的运行参数

变频器正常运行参数设置，见表3。

表3　设置变频器参数表Tab.3　Converter parameter settings

1.4设置Profibuw-DP通讯参数

变频器与PLC进行DP通讯，参数设置见表4。

表4　Profibus-DP通讯参数表Tab.4　Profibus-DP communication parameters

1.5设置负荷分配相关参数

负荷分配参数设置，见表5。

表5　负荷分配参数表Tab.5　Load distribution parameters

2　Wincc画面设计及调试过程中问题与改进

4台变频器的状态及操作画面见图2，手动点击“Select Master”可以任意选择1台变频器为主机，其它3台自动修改参数作为从机。当任一台变频器出现故障“Driver FLT”，可以手动点击“eliminate”从控制环网中剔除该变频器，其余3台变频器仍旧可以完成主从控制，保证转炉的正常生产运行。

图2　变频器的状态及操作画面图Fig.2　Status and operation configuration of the converter

2.1生产中转炉倾动控制问题

4台变频器的倾动电流代表了倾动转矩，图3所示为4台变频器的倾动电流运行趋势。4条曲线代表了4台变频器的电流曲线。此时1#变频器为主机，其它3台为从机，主机运行在速度闭环控制方式，从机运行在转矩控制方式。根据电流趋势图可以看出，3台从机电流跟随主机电流，基本吻合，说明4台电机的负荷分配基本平衡，达到控制要求。但是从图3中可以看出，在启动过程中1#变频器电机电流相对其它3台较大，说明在启动过程中，其它3台变频器并未完全跟随主机，造成主机承担负荷过大，有时候1#变频器出现过流故障。

图3　变频电机电流运行趋势图Fig.3　Current Trend

2.2主机预励磁

为解决2.1所提的主机启动电流过大问题，我们在主机、从机全部预励磁［3］和主机预励磁、从机直接启动2个方面进行了试验研究，最后选择主机预励磁，从机直接启动方案。主机励磁设定见表6。

表6　主机预励磁设定表Tab.6　Pre excitation settings

主机使用预励磁启动，从机直接启动，这样做的目的主要是防止主机已经退出预励磁状态开始正常运行时，从机仍在预励磁无法出力，导致启动瞬间主机负载偏大，从而电流偏大，出现过流。

通过主机预励磁、从机直接启动方案后，电机电流有了明显的改观，见图4。1#变频器仍为主机，其它3台为从机，从趋势图4中可以看出，启动、运行过程中，电流趋势基本一致，负荷分配平衡。

图4　参数优化后的变频电机电流运行趋势图Fig.4　Current trend after parameter optimized

3　结论

国产变频器实现的主从矢量控制方式的转炉倾动控制已经成功应用于印度某钢厂60 t转炉中，变频器稳定运行，负荷平衡率不超过5%，表现出优越的性能，完全满足于转炉倾动需要。

［1］ 闫金凯，吴立业，孙小强.转炉倾动系统的平滑启动研究［J］.控制工程，2009，（S3）：157-159.

［2］ 康梅.变频器使用指南［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［3］ 胡崇岳.现代交流调速技术［M］.北京：机械工业出版社，2001.

Application of the Domestic Converter Based on CAN-LINK Master-slave Vector Control on Converter

CHEN Zhiqiang，GONG Pizhu
（Jinan Rail Transit Group Co.，Ltd.，Jinan 250101，Shandong，China）

Presently，master-slave control mode of 4-converter&4-motor is mainly provided for converter tilting system，but the technical field is occupied by foreign brand converter，and domestic brand converter is difficult to be qualified.According to this situation，we optimized the converter performance together with domestic converter supplier on the basis of studying the converter performance，and successfully applied the domestic converter in 60 t converter tilting system of one Indian steel plant，and adopted advanced master-slave vector control mode to break monopoly of foreign brand in this field.Practice has proved that the domestic converter is fully capable of converter tilting，and satisfies steel making requirements.

master-slave control；vector control；pre excitation

TN773.1

B

2015-06-23

修改稿日期：2016-01-23

陈志强（1981-），男，硕士研究生，中级工程师，Email：czq2010@qq.com