连续退火线变频传动部分原理与应用

连续退火线变频传动部分原理与应用主讲人：齐春雷目录一．电气传动的概念阐述二．连续退火线变频器网络三．连续退火线变频器和电机的分类四．连续退火线变频器控制结构分析五．绝缘栅极型晶体管(IGBT)介绍六．PWM技术（脉宽调制技术）七．连续退火线PWM技术实际应用八．自动弱磁控制功能九．故障发生时的处理方法一.电气传动概念阐述1.1什么是电气传动？电气传动是研究如何通过电动机控制物体和生产机械按要求运动的学科,在某些场合,主要是小功率场合又常称为运动控制。它是电力电子和自动控制技术的主要应用领域之一。拖动机械运动的电动机需要能源,它要求将固定频率和电压的电能变成运动所需电压、电流和频率的电能。电气传动在人们生活和生产中无处不在,但往往是隐性存在,例如变频空调、模糊控制洗衣机、计算机外围设备、各种加工机械、电动车辆等,都是电气传动技术在起核心作用,但人们未必意识到它的存在。电气传动是一个既老又新的学科。它始于20世纪初,随着电动机的推广应用,其控制问题逐渐从电机领域独立出来,成为一个单独的领域。起初只是一些简单的继电器、接触器开环控制,到四五十年代,闭环连续控制系统得到广泛应用,改进了控制性能,取得了良好效果,使电气传动融入自动控制范畴。从60年代起,随着电力电子技术的发展,电力电子变换器取代了电机机组变换,特别是80年代以来,变频交流调速的发展,使电气传动发展到一个全新的境界,并融入电力电子范畴。今天的电气传动是一个集控制、电力电子、微电子、信息、材料和机械等学科新技术于一身的全新学科。电气传动由调速和不调速两大部分组成。后者简单,只控制电机起停,不调速,仍以继电器接触器控制为主。调速传动主要有以下几类：1.工艺调速传动。指工艺要求必须调速的传动,例如轧机、提升、机床、造纸、石化等许多从前用直流电动机的机械传动。2.节能调速传动。指风机、泵等以前不调速,为节能而改用调速的机械传动。3.牵引调速传动。指轨道车辆和电动车等运动车辆的电传动。4.特种调速传动。例如数控机床和火炮等武器的高精度传动;离心机、磨床磨头等超高速(～ｒ/ｍｉｎ)传动;特大功率的储能装置等。5.变速发电。它是一项用于风力、水力发电的新技术,其实质是工作于再生状态的变速传动。（再生：变频器名词。定义：由于负载的原因，使电动机以同步转速以上的速度旋转的区域称为再生制动区域，此时，负载机械的能量被转换为电能，并被馈还给电源，也就是异步电动机将作为异步发电机运行）410510电机转速同电流、转矩的关系转矩电流再生区-发电区同步转速No转速N1.2电气传动与控制的关系电气传动系统是执行机构为电动机的控制系统,其特点是过渡过程快(几十至几百毫秒),属于快变化系统。控制领域的各种理论及策略,例如:经典控制、离散控制、现代控制理论、各种观测和识别技术、最优控制、自适应控制和智能控制等,都在传动系统中得到应用,并取得良好的效果。1.3电气传动与通讯电气传动已从单机手动操作设定发展到按照最优工艺全生产线或车间所有设备自动协调工作。为此必须通过通讯总线把传动设备与传动设备,传动设备与上级控制机,操作及设定设备和检测仪表联在一起,经串行数字通讯彼此交换信息。二.连续退火线变频器网络2.1变频器网络连退生产线使用的三菱PLC控制系统称为MELPLAC-2000，其中包括主控制器系统EI-2000和上位机监控系统OPS2000，而且这两个系统分别通过独立的100M以太网进行了连接。传动部分所属的变频器网络VVVF包含在主控制器系统EI-2000中。MELPLAC控制系统配置图变频器网络使用profibus现场总线来实现控制器EI-2000到远程I/O的实时通信，控制器EI-2000通过K5GF模块连接变频器整流单元的光纤接口。K5GF模块是一种过程I/O输入卡，使用直流5V电源，使用光缆连接，传输速度为1Mbps，可以同时连接1个JP-EI控制站和一个JP-EI监视站，还有127个远程子站-变频器工作站，总计可以连接129个工作站（在实际调试中，我们发现现场的一块K5GF模块只连接了19个远程子站，也就是只带了19个变频器，我们考虑这样处理应该是分担风险，如果一个K5GF模块满负荷带127个变频器，当这个模块出现故障时，被迫停止运行的变频器数量很大，产生的损失无法估量的）。2.2VVVF网络通信连线图2.3VVVF网络模块图2.4K5GF插件模块外形图2.5K5GF插件模块面板开关设置面板开关功能Reset清除远程站错误或线路错误，并重新进行通信Test在光纤通道中输出光纤的参考时钟来测量光信号衰减率2.6K5GF插件模块LED指示灯状态表指示灯名称功能RUN（运行）当模块初始化完成后亮ERR（硬件故障）当模块硬件出错时亮R-ERR（线路故障）当远程站点或传输线路出错时亮LINK（通信）当远程站点和模块有数据交换时亮4-8位指示灯自诊断结果显示2.7K5GF插件模块拨码开关设置DPS-2C1设定操作模式，设定每个远程站点的传输控制字数量1：on为2字2：on为4字3：on为8字状态反馈字为8字不变（1，2，3位共同使用来进行设置）2345678模块的控制模式00有控制模块，没有监视模块10有控制模块，有监视模块01模块本身既执行控制又执行监视功能11没有控制模块，有监视模块2.8DPS-2C设置举例1，2，3三位中，只有1设置为ON，代表传输控制字为2字。同时，7，8位设置为1，0，代表这个工作站既是控制站，又是监视站。2.9JP-EI站模块图IO总线2.10远程工作站模块图2.11控制传输操作控制传输操作的功能是发送/接收控制设定值数据和控制反馈数据，这里控制设定值数据包括速度设定值等，控制反馈数据包括电机速度反馈等。控制设定值数据如速度设定值等，通过IO总线从JP-EI的CPU中读出，然后写入到2口存储器，然后被通讯控制模块转换成串行信号，接着被“光电转换模块”转换为光信号发送到传输信道。光信号然后被具有放大/分发信号功能的光中继器传输到所有的工作站上。另一方面，远程工作站通过“光电转换模块”把光信号转换成电信号，并且储存进2口存储器。电机传动单元通过读取2口存储器的内容，把控制设定值数据取出。控制反馈数据如电机速度等，通过控制设定值数据的反向信道来传输。2.12PLC与传动单元通讯调试过程共分四个步骤：1、PLC使用CNS-MET向传动单元发送数据。2、传动单元使用DriveNavigator接收数据。3、传动单元使用DriveNavigator发送数据给PLC。4、PLC使用CNS-MET从传动单元接收数据。1、PLC使用CNS-MET向变频器发送信号。打开CNS-MET，在CNS-MET工具的菜单栏内选择“ModeMenu”-“Monitor”-“SOURCEEdit...”。点击“AddSource”，依次写入DW0、DW1、DW2、DW3四个字。按照下图所示的地址表，在DW2中写入该变频器速度给定的地址（比如H040、H048……），并在DW3中写入速度给定的值。速度给定值一般写入25000（对应速度100％）。2、使用DriveNavigator软件进行PLC信息接受测试。从菜单栏选择DriveTool/DataControl/Word，打开如下的控制字。将字COMM_TYPE的值设为0400H，表示建立变频器与PLC的通讯。将字Scan_R_Size的值设置为8。Scan_Rcv01_AS——Scan_Rcv10_AS共计10位，我们把Scan_R_Size设置为8，表示只使用了其中的8位。将FLG_HB_DOWN的值设置为0。传输故障检测的标志位设置为0，表示不使用传输故障检测。将TL_SELF_TYPE设为4或者5，代表当前网络遵从PROFIBUS标准。从菜单栏选择DriveTool/DataControl/Word，点击load(加载)选项，加载（或者写入）传动与PLC通讯所需模板。将上图中的字SCAN_RCV01_AS设为“SERSEQDATA4”,将字SCAN_RCV02_AS的值改为“SP_REF1”，其它选项使用DUST（屏蔽状态）。在DriveNavigator中使用WordDataControl，写入SP_REF1，在PLC的CNS-MET软件中给DW3一个信号值25000，观察SP_REF1是否有响应，如果SP_REF1的值变为100%，表示通讯正常。3、使用DriveNavigator软件向PLC发送反馈信号。点击打开DriveNavigator软件，在WordDataControl的窗口，加载（或者写入）下图所示的模板文件。将上图中的字SCAN_WR01_AS设为“SSEQ_OUT4”,将字SCAN_WR02_AS的值改为“SP_REF2”，其它选项使用DUST（屏蔽状态）。将SP_REF2的给定设为100％。4、使用CNS-MET进行数据接收测试。打开CNS-MET，在CNS-MET工具的菜单栏内选择“ModeMenu”-“Monitor”-“SOURCEEdit...”。点击“AddSource”，依次写入DW0、DW1、DW2、DW3四个字。按照地址表，在DW2中写入该变频器速度反馈的地址（比如H481、H489……），并在DW3中查看速度反馈的值。如果该值为25000（对应速度100％）则为正常，否则需要检查物理连接。三.连续退火线变频器和电机的分类3.1变频器类型连续退火线的变频器属于交—直—交型变频器中的电压型PWM变频器。所谓交—直—交型变频器，指的是变频器首先通过整流电路将电网的交流电变为直流电，再由逆变电路将直流电逆变为频率和幅值可变的交流电供给交流电机。整流单元~50Hz逆变单元DCACCVCF（恒压恒频）VVVF（变压变频）这类变频器根据直流部分电流、电压的不同形式，又可分为电压型和电流型两种。电压型变频器在电路中直流部分接有大容量电容器，使施加于负载上的电压值基本上不受负载的影响，而基本保持恒定，类似于电压源，所以称之为电压型变频器。电流型变频器的主电路结构上同电压型变频器基本相似，所不同的是，电流型变频器的直流部分接入的是大容量的电抗器而不是电容器，这样，变频器施加于负载上的电流值基本稳定不变，基本不受负载的影响，特性类似于电流源，所以称为电流型变频器。PWM变频器指的是变频器的开关方式为PWM控制方式。电压型和电流型变频器图示逆变器电压型+—逆变器电流型+—连续退火线的整流器最小容量1052KW，最大容量2630KW，整流器的控制方式为AVR控制方式（自动电压调节）。连续退火线的VVVF逆变器最小容量20KW，最大容量1500KW。V/F逆变器最小容量3.7KW，最大容量450KW。（注：之所以没有大容量的变频器，是因为连续退火线没有酸轧线用来驱动轧机的大功率电机）按照容量大小，尺寸规格分为两种，多体抽屉式和单体立柜式，多体抽屉式对应较小容量的变频器，单体立柜式对应较大容量的变频器。多体抽屉式（较小容量）单体立柜式（较大容量）3.2连续退火线电机种类介绍连续退火线的电机按功能用途分为四种：VVVF电机，V/F电机，恒速电机，伺服电机，其中伺服电机共计10台，完全用于切边剪和磨毛刺机。恒速电机主要用来驱动一些润滑油泵、传送带、清洗段的刷洗辊等，不需要传动单元的变频器控制。因此变频器所传动的电机主要是274台VVVF电机，再有就是33台V/F电机。VVVF电机包括两种额定电压等级的电机，交流380V和交流750V。V/F电机包括两种额定电压等级的电机，交流380V和交流575V。这些电机按照驱动的设备不同，相应的变频器的控制方式也不同，VVVF电机使用矢量控制方式，V/F电机使用V/F控制方式。3.3连续退火线变频器控制方式V/FV/F控制变频器：V/F控制是一种比较简单的控制方式。它的基本特点是对变频器输出的电压和频率同时进行控制，通过使V/F（电压和频率的比）的值保持一定而得到所需的转矩特性。采用V/F控制方式的变频器控制电路成本较低，多