多段速变频控制在平整液变流量系统上的应用

潘郑维，罗洪宾

（广西柳钢冷轧板带厂，广西 柳州 545002）

退火后的冷轧带钢经过平整来消除屈服平台，提高带钢加工性能。平整机组采用湿平整工艺轧制时，若平整液恒流量喷射，在机组轧制低速段会造成平整液残留在带钢上，后续的轧制工序容易产生平整液黄斑等协议品，且恒流量的平整液喷射量在机组低速段轧制时会造成平整液浪费，轧制成本过高。在满足湿平整工艺要求的基础上，采用变流量的平整液喷射，可进一步降低平整液消耗量，降低机组工艺成本。对于平整液的变流量喷射，采用变频器控制来改变轧制过程中平整液泵的转速是实现此功能最理想的方式。

交流异步电动机的变频调速控制以其性能好、造价低的优势广泛应用于各种控制系统中。变频调速具有调节范围宽、精度高，可靠性好、效率高、操作方便等优点，随着技术的发展及价格的降低，变频调速在工业控制的应用越来越广泛。用多段速来控制变频器使用接线少，控制方便，编程容易，可靠性高，抗干扰能力强，在工业现场中被广泛使用。本文对多段速变频控制在平整液变流量系统上的应用进行分析，来证明多段变频控制系统为最理想的方法。

1 平整液变流量喷射控制原理及方案设计

平整液喷射由目前的恒压恒流量的控制方式，改造为变压变流量的控制方式，减少平整液的消耗，提高高速轧制阶段的清洁能力以及减少低速轧制阶段的吹扫压力。其主体要求平整液喷射流量随轧制速度变化，即速度越慢流量越小，速度越高流量越大。平整液流量大小与平整液泵的转速有直接的关系，因而可通过改变平整液泵的转速来改变平整液喷射的压力和流量，以达到改变平整液喷射流量的目的。

变频器的端子控制多段速调速方式具有功能稳定，改造简便可行，不需要增加DP 线路也不需要改变PLC 系统的硬件组态，因而不增加通讯故障点的优点，适合于平整液变频系统的改造。因此，从设备运行的稳定性和可靠性来分析，平整液泵变频调速采用有级控制的方式，通过变频器的多段速控制来完成对平整液泵电机的调速。在满足工艺要求的平整液喷射量的基础上，将机组轧制速度分成四个等级，对应变频器调速的四个速度段，如下图1 所示。

2 变频器的选型及调试

2.1 变频器选型

国产英威腾变频器性能稳定，造价低廉，调试简单方便，广泛应用于冶金行业各辅助设备上，其性能和可靠性得到了市场的检验，适合用于风机、泵类的变频控制。因而用于平整液泵的调速系统。平整液泵电机功率为11KW，为便于后期的改造，留有一定功率余量，变频器选择型号为：GD35-022G-4-C1，功率为22KW。变频器需加装制动电阻及时消耗制动过程的能量以保证运行过程的稳定性，按照图纸将变频器各个端子对应接好主回路及控制线路，核实电机铭牌，检查电机绝缘后，用动力电缆将电机与变频器输出端子连接好。

把变频器的控制模块嵌入原PLC 系统中，PLC 为S7-400 系列，由其ET200 子站输出DO 及中间继电器控制变频器的控制信号，通过中继完成变频器启停及速度选择的控制具有改造简洁方便，易于维护等特点，其编程在工程师站中完成。

2.2 英威腾变频器调试

变频器采用多段速端子控制的方式，根据平整液喷射流量的工艺要求将速度分四个等级。确认好边变频器的各线路后，对变频器上电，根据英威腾变频器的安装调试说明对变频器进行参数调试和优化，英威腾变频器与其他国产变频器一样，具有面板简洁、操作简单、通俗易懂，且功能强大等特点，具体调试过程说明如下所示。

1）恢复出厂设置。设置P00.13=1，完成后变频器界面自动返回至P00.00 状态。

2）设置电机参数。P02.00=0（异步电机），同时根据电机铭牌依次对应设置P02.01---P02.05。

3）变频器静态自学习。P00.15=2，然后按面板上的“RUN”键执行静态辨识。

4）变频器动态自学习。P00.15=1，然后按面板上的“RUN”键执，电机运行执行动态自学习，完成后变频器自动停机，并得到P02.06--P02.10 的参数。

5）设置变频器运行指令通道：P00.01=1（速度主令端子控制）；

6）设置运行频率多段速：P00.06=6；

7）设置速度运行控制方式：P00.00=1（无PG 矢量控制）；

8）设置最大输出频率：P00.03=50HZ；

9）设置运行频率上下限：P00.04=50HZ，P00.05=0HZ；

10）设置加减速时间：P00.11=5S；P00.12=5S；

11）定义变频器端子功能：P05.05=16，P05.06=17；

12）设置速度段的值（百分比）：P10.02=60，P10.04=70，P10.06=80，P10.08=90；

变频器控制端子设置说明：S5、S6 端子用COM 端信号置位，S5 为低位，S8 为高位，选择对应速度段；S1 端子用COM 段信号置位。

3 PLC远程控制多段速

变频器的端子中，COM 端为24V 信号端口，可通过COM 端的信号对其他端子进行输入，以达到变频器各项输出功能的目的。本项目中，S5、S6、S7、S8 采用“com”端的信号来置位，在本项目中只需要4 级调速，因而使用S5、S6 两个端子就足够了，两个端子的状态可对应四个速度段，S5 为低位，S6 为高位，如下图2 所示。

完成了变频器的功能设置后，需通过PLC 系统来控制变频器的S5、S6 端子的状态，进而控制变频器的输出频率，以达到控制电机转速的目的。变频器的COM 端作为置位信号（1），将COM 端信号分别引至PLC 系统的2 个中继器的公共端触点上，同时使用控制线把该2 个中继器的常开触点与S5、S6 端子相连，即完成了控制线路的连接。通过中继与PLC 点关联开发PLC 编程程序实现控制功能，程序中采用机组速度控制S5、S6 两个端子的状态，进而控制平整液泵的运行速度。

在与PLC 系统关联的WINCC 人机界面上增加变频器的“启动”、“停止”按钮，通过画面组态设置对应参数，将其与PLC 控制程序关联，并将变频器的运行状态、运行速度等数据显示在HMI 界面上，实现由操作人员远程控制变频器的启停功能，监控设备运行实时状态，提高设备控制效率，提高生产效率。

（1）当机组速度V ＜180m/min 时，S6=0，S5=0，平整液泵电机以速度段1 运行，即此时电机运行频率f=30HZ，满足机组低速段生产对平整液的需求量；

（2）当 机 组 速 度，480m/min ＞V ≥180m/min 时，S6=0，S5=1，平整液泵电机以速度段2 运行，即此时电机运行频率f=35HZ，平整液喷射量随着机组速度的提高而增加到另一个等级；

（3）当 机 组 速 度，720m/min ＞V ≥480m/min 时，S6=1，S5=0，平整液泵电机以速度段3 运行，即此时电机运行频率f=40HZ；

（4）当机组速度，V ≥720m/min 时，S6=1，S5=1，平整液泵电机以速度段4 运行，即此时电机运行频率f=45HZ。

通过PLC 控制S6、S5 端子的状态，进而控制变频器的速度段选择，从而实现对平整液泵的有级变频调速，同时，变频器的4 个变速等级可通过实际情况对频率进行修改来优化。

通过HMI 的界面，整个过程实现了平整液泵的远程自动变频控制，操作方便快捷，设备运行稳定，维护量小，既满足了工艺的平整液喷射量要求，又节约了轧制液消耗量，同时优化了设备的控制方式，提高了设备的寿命。

4 结束语

本文综合PLC 和变频器对多段速度控制进行相应的设置与探究，实现了由PLC 控制变频器的七段速控制。PLC 与变频器控制实现的多段速控制系统具有运行稳定可靠、定位精度高等优点，控制系统操作简单、方便，大大提高了生产效率，对于大多数控制系统具有一定的参考价值。

国产变频器采用端子控制的方式对平整液泵进行调速改造，能实现平整液泵的有级调速，既满足了工艺的要求，又节约了平整液消耗量和电耗，通过中间继电器将变频器的控制与PLC 相结合，可实现平整液流量自动根据机组速度的变化而对应变化，在改造成本低廉的基础上，整套系统实现了降本降耗的预期目标。