禾望HD2000工程型变频器在中厚板产线上的应用

王宝月 戴建新 贺宝占

(北京首钢自动化信息技术有限公司京唐运行事业部，河北 唐山 063200)

1 HD2000系统组成

1.1 控制单元

HCU20控制单元作为变频器的核心部件，主要为控制软件提供硬件平台，对内、对外提供 I/O接口和通讯接口等。该控制单元具备矢量、V/F、伺服控制功能，能同时驱动 3 个矢量或 8 个 V/F 轴，并可实现6 个功率单元直接并联。支持现场总线 Profibus、CANopen、DeviceNe、Profinet IO 等多种通讯协议，通过选配对应型号的控制单元，可实现与固有 PLC 的无缝连接，方便替换和维护。

1.2 智能整流单元

智能整流单元 SRU采用IGBT与二极管混合封装的功率模块，直流电压不可调，具有回馈功能提高电机的制动力，加快系统的响应。触发方式简单可靠，整流和回馈电流含有较高5次、7次谐波输入，必需配置≥ 4%的电感。

1.3 电机驱动单元

驱动单元MDU由直流母线供电，最多并联4个相同的电机驱动单元，功率器件采用 IGBT，控制方式为双极性 PWM。支持同步机和异步机、VF和矢量控制，输出有du/dt滤波器，正弦波滤波器和峰值电压抑制器等可供选择。

1.4 输出电感柜

电感器在电路中主要起到滤波、振荡、延迟等作用，还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用，可以抑制变频器输出端的谐波及限制电网电压波动引起的电流冲击，提高系统的功率因数，保障电器设备运行的稳定性。

2 整流回馈系统

京唐公司中厚板精轧机辊道制动频繁，新传动系统与原6SE70系统保持一致，采用整流+回馈的形式，节能并能提高电机的制动力，加快系统的响应。

变频器驱动负载工作时，可能会出现需要将能量从负载中抽出的情况，比如在电动机要刹车时，由于电动机的机械惯性，具有机械动能，这部分能量要么白白浪费，要么加以利用。能量回馈就是设法将上述机械能量转化为电能回送电网，从而节能。在能量回馈过程中，电动机相当于处于发电状态，原来的逆变装置现在则处于整流状态，而原来的整流装置却被控制处于逆变状态，从而完成将电动机的机械动能回馈电网。

禾望智能整流单元能够将交流电网的电能变换为直流(整流)，并在需要的时候进行逆变运行回馈能量的功率电路，以及控制电路等部分。

3 逆变系统控制

中厚板精轧机辊道传动系统由一台控制单元控制两台逆变器拖动整组辊道，给定选择为速度控制模式，电机选择为无编码器的开环矢量控制。通过 I1-45.01 电机参数辨识模式选择可以进行静态或动态优化。通过 I1-45.03 可以查看电机参数辨识状态，如果电机参数辨识过程中出现故障，可重新进行电机参数辨识，直到电机参数辨识完成。电机参数辨识前必须确保输入正确的电机铭牌参数，HD2000系统支持2组电机参数设置，通过I-46.02切换组别，可一台变频器驱动2组电机。

矢量控制模式的速度调节器支持手动调节和自动调节，可以通过功能码 Ix-57.30 速度环自动响应系数进行调节。Ix-57.30=1～100，实际的 Kp 和 Ki 根据当前的电机参数、电机速度和电机转矩进行自动调节，该系数越大，速度环响应越快，但系统稳定性降低；该系数越小，速度环响应越低，但系统稳定性好。精轧机辊道在运行过程中会出现速度变化波动异常现象，当时我们手动定义速度控制器的比例增益KP，波动大时减小KP。在选定KP后保持横恒定，调节KI积分时间KI越短，连续偏差值的校正就越快，但是如果太短，就会造成控制不稳定，根据实际情况对比波形图合理优化速度调节器后，可以消除稳态误差和减小超调，确保电机的平稳运行。

4 Profibus DP 通讯

HD2000系统使用 6SE70 模块的协议属性，从站地址设定S-20.01分别为45、46、47与原地址保持一致，确保切换操作后正常通讯。两套设备站地址相同，只需断开西门子或禾望控制柜电源，即可完成两套设备的网络切换。控制单元的现场大小端模式必须与上位机相匹配，原上位机为大端模式故S-20.12设置为1：MSB-大端模式。现场总线发送字S-20.08、现场总线接收字S-20.09分别对应原系统设置为6个字。需要注意若 S-20.01现场总线通讯协议、S-20.02现场总线通讯从站、S-25.01现场总线通讯帧格式、S-25.03现场总线发送字数、S-25.04现场总线接收字数，这些配置参数变更后，需要将 S-20.14现场总线模块复位置1，配置才能生效。

5 系统的安全设计

(1)可靠接地系统。HD2000系统设计了可靠的接地系统，建立了标准的接地基准电位(地)，所有模块机架和负载电流回路与公共的基准电位连接，从而确保由于电缆敷设不合理或设备安装不当产生的干扰电流能尽快分流掉，从而防止了由于干扰所带来的通讯故障。

(2)确保通讯电缆与其他电线电缆之间的距离。由于传动系统需要较大的电功率，因此动力电缆常常输送高电压和大电流。如果这种电力电缆长距离与通讯电缆并行敷设，则在网络电缆上会产生电容性和电感性干扰，从而扰动网络中的数据通信。为避免这种干扰，在设计和施工时，必须确保通讯电缆与其他电线电缆之间的距离，尽可能把电力电缆和通讯电缆分别敷设在相互隔离的电缆桥架上。

6 结语

禾望传动设备结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉。经济效益分析表明新设备为产线提高产量，减少故障节约成本显著。符合产线要求，随着产量的提高，经济效益大幅增长，禾望产品将会有极广阔的推广应用前景。