【文章內容簡介】 同一空載轉速下，特性越硬則靜差率越小，轉速穩(wěn)定度就越高。 2． 1． 3穩(wěn)態(tài)結構框圖和靜態(tài)特性 雙閉環(huán)調速系統的穩(wěn)態(tài)結構框圖如圖 2)所示 ,一般的 PI 調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征一般存在兩 種狀況：飽和（輸出達到限幅值），不飽和（輸出未達到限幅值）。 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 9 圖 2） 雙閉環(huán)直流調速系統的穩(wěn)態(tài)結構框圖 ? ：轉速反饋系數 ? ：電流反饋系數 轉速調節(jié)器不飽和： PI 的作用使輸入偏差電壓△ U 在穩(wěn)態(tài)時總為零，所以 Un*=Un= 0nn ?? ? Un*=Ui= Id? 得 0* nUnn ?? ? 從而得到圖 3）中的 CA 段。 Ui*＜ Uim*， Id＜ Idm，即 CA 段 特性從理想空載狀態(tài)的 Id=0 一直延續(xù)到 Id=Idm， 而 Idm 一般都是大于額定電流 I dN 的。這就是靜特性的運行段（水平特性）。 轉速調節(jié)器飽和： ASR 達到限幅值 Uim*，轉速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對系統不在產生影響。即 IdmUimId ? *?（相當于圖中 AB 段），其中最大電流 Idm 由設計者選定，取決于電動機容許過載能力和拖動系統允許的最大加速度。 雙閉環(huán)調速系統的靜態(tài)特性在負載電流小于 Idm 時表現為轉速無靜差，這時，轉速負反饋起主要調節(jié)作用。當負載電流達到 Idm 時，對應于轉速調 節(jié)器的飽和輸出 Uim*，這時，電流調節(jié)器起主要的調節(jié)作用，系統表現為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這就是采用兩個 PI 調節(jié)器分別形成內、外兩個閉環(huán)的效果。 Ks 1/Ce ? ? R Un* ASR Un Ui* Ui ACR Uc Ud0 IdR E n Id 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 10 圖 3）雙閉環(huán)直流調速系統的靜態(tài)特性 2． 1． 4雙閉環(huán)直流調速系統啟動過程分析 雙閉環(huán)直流調速系統突加給定電壓 Un*由靜止狀態(tài)啟動時轉速調節(jié)器 ASR 會經過不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程如圖 4）中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個階段。 圖 4）雙 閉環(huán)直流調速系統啟動過程的轉速和電流波形 注： Idl：負載電流； Id：整流電流。 Ⅰ階段（ 0~t1）：電流上升階段； ASR 進入并保持飽和狀態(tài)， ACR 一般不飽和。 Ⅱ階段（ t1~t2）：恒流升速階段； ASR 始終飽和，系統加速度恒定。 Ⅲ階段（ t2 以后）：轉速調節(jié)階段；電機仍在加速，使轉速超調，超調后 ASR 輸入偏差電壓變負，是它C 0 n n 0 Id N B Idm Id A 0 t1 t2 t3 t4 Idm Idl Id t t n* n Ⅰ Ⅱ Ⅲ 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 11 開始退出飽和狀態(tài) Ui*和 Id 很快下降，但 Id＞ Idl 轉速就繼續(xù)上升，直到 Id=Idl 轉速 n 達到峰值，電動機在負載阻力下減速直到穩(wěn)定（ t3~t4 階段）。 全數字直流調速系統的介紹 在當今電氣傳動領域 ,由于直流電動機具有極好的運行性能和控制特性 ,因此在要求高起制動轉矩、快速響應和寬速度調節(jié)范圍的可調電氣傳動中 ,仍廣泛采用直流電動機作為執(zhí)行電機的直流調速系統。數字式直流調速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強大的抗干擾能力 ,在國內外已得到廣泛應用。 2． 2． 1：全數字化直流調速裝置傳動簡介 全數字化直流調速控制傳動是指由三相交流電源直接供電 ,用于直流電機電樞和勵磁供電 ,完成調速任務。全數字化的應用解決了模擬系統中電子元器件參數性能受環(huán)境因素影響的問題 ,特別是溫度漂移問題 ,從而使系統精度 的不可控影響因素得以消除 ,控制精度僅受微處理器字長、檢測元件精度的影響 ,從而達到極高品質的控制功能和水平。 2． 2． 2：全數字化直流調速裝置具有如下特點 ,不需要其他任何附加設備便可完成參數的設定 。 。 16 位 (有的已采用 32 位 )微處理器承擔電樞和勵磁回路所有的調節(jié)和傳動控制功能 ,調節(jié)功能在軟件中通過參數構成的程序塊實現 。 ,電流檢測為數字化電流變送器 ,檢測精度高 。 ,既 可實現本裝置與其他調速裝置之間的對等通訊 ,也可實現本裝置與 PLC 和上位PC 機之間的實時通訊 。 、監(jiān)控報警、故障診斷以及自適應、自學習等功能 。 PC 機和調試軟件 ,還可實現遠距離的參數設定、修改、顯示、監(jiān)控等功能。 西門子 6RA70 全數字直流調速裝置 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 12 2． 3. 1 介紹 為了滿足工業(yè)自動化對電氣傳動系統越來越高的性能要求，西門子公司 1999 年隆重推出了新型的直流驅動產品 6RA70。最新推出的 SIMOREG DC Master 6RA70 系列直流全數字調速產品，在 6RA24 產品的基礎上更具有以下特點 : 1. 單臺裝置輸出額定電樞電流 : 15A～ 2200A，額定勵磁電流 : 3A ~ 85A。裝置并聯后輸出額定電樞電流可達 12021A。 2. 輸入電壓分為五個等級 : 400V/460V/575V/690V/830V (460V 裝置暫不供貨 )。 3. 強大的通訊能力。有 SIMOLNK 高速直接的裝置 裝置通訊，還可支持 PROFIBUS、 CANBUS、DeviceNet、 USS 協議等。 4. 所有工藝板，通訊板及 OP1S 操作面板都可與新一代的 SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制交流調速產品通用。 2． 3． 2技術特點 軟件功能更加強大 6RA70 采用了新穎的 BICO 技術，使所有功能塊均可以通過參數來連接。其中，采用了雙 CPU 處理器 C163 和 C16 16M 地址區(qū)、 83ns 指令執(zhí)行時間、 1024K， FLASH— EPROM。雙處理器處理電樞回路和勵磁回路開環(huán)和閉環(huán)所有傳動控制功能。高性能的計算特性保證了傳動裝置優(yōu)良的動態(tài)性能，電流環(huán)的上升時間為 6~9ms，速度環(huán)的上升時間為 25ms 其控制系統結構圖參見圖 2。 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 13 圖 2 閉環(huán)控制系統框圖 該裝置的主要特點如下 : (1)用脈沖編碼器反饋時 ,調節(jié)器精度達到 n=%(數字給定 )。調節(jié)器精度 n=(模擬給定 )。 (2)C98043— A7001 開環(huán)和閉環(huán)控制電子模板 ,該模板是全數字調速裝置的核心硬件。內置微處理器 ,主要完成 :①電樞回路、磁場回路的開環(huán)及觸發(fā)脈沖的控制。②速度給定 ,速度反饋。③裝置運行的使能控制。④可組態(tài)的輸入輸出控制端。 (3)電流調節(jié)器、速度調節(jié)器 ,通過自動優(yōu)化得到調節(jié)器的相關 P、 I 參數。弱磁的優(yōu)化運行可得到電動機的磁化曲 線。 (4)通過選擇斜坡上升、下降、過渡圓弧等時間來實現起制動、加速度的 S 曲線過渡 ,減少因 速度突變而引起的電流過大現象和機械沖擊現象 ,有利于延長電器和機械壽命。 (5)6RA70 裝置提供了豐富的自由軟件模塊連接 ,可以通過開關量的連接和模擬量連接能任意配置所需的控制功能。 2． 3． 3 6RA70全數字直流調速裝置基本結構原理 6RA70 系列變流器為全數字緊湊型整流器，輸入為三相電源，可為變速直流驅動提供電樞和勵磁供電，額定電流從 15A 至 2 臺高效能的微處理器 (C163 和 C167)完成電樞和 勵磁回路所有的調節(jié)和傳動控制功能。調節(jié)功能在軟件中通過參數構成的程序模塊來實現。 觸發(fā)電路 M 工藝控制器 速度環(huán)預控制器 電流互感器 脈沖編碼器模擬測速機無測速機運行 電流環(huán)預控制器 給定積分器 轉柜計算 速度控制器 電流控制器 n‘ 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 14 (1)勵磁整流電路 本電控系統勵磁為恒磁供電系統，他勵，勵磁電壓 110V,勵磁電流 ,勵磁整流電路為單象限三相全控橋，勵磁整流裝置采用原裝的西門子 SIMOREG DCMaster6RA70 全數字直流調速裝置，額定直流電壓 485V,額定直流電流 280A (2)濾波電杭器設計 電動機電樞回路電感為 ，通過計算主回路不需要濾波電抗器就可以滿足電控系統要求 . (3)直流回路快速斷路器選擇 直流回路快速斷路器為 DS1432/15 額定電壓 :1500V 額定電流 :3150A 整定電流范圍 :250OA6300A 其結構原理圖如下： 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 15 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 16 活套 精軋機組與級聯調速 2． 4． 1活套和精軋機的控制功能 活套自動控制就是以某一設定的高度為基準，用調節(jié)主機速度來維持活套量恒定，即在主傳動速度控制系統及活套裝置的套量信號所組成的活套閉環(huán)控制系統中，當實際活套高度與基準值不等時，用其差值控制上游或下游機架主傳動的速度，糾正秒流量偏差，以保持活套量恒定。兩機架之間的活套控制環(huán)節(jié)中的每個反饋信號控制一個機架，機架與機架之間只通過 級聯來聯系?；钐卓刂圃韴D如圖 1）所示： 圖 1） 活套控制原理圖 精軋機主要控制功能包括軋機主傳動速度控制 (自動加減速、正反轉、自動減速停機等 )、輥道輔傳動單動及跟隨軋機主傳動聯動速度控制、輥縫電動壓下控制 (APC)、等。精軋機控制的關鍵是軋機的速度控制和輥縫電動壓下位置控制。 （ 1）速度控制 精軋機的速度控制主要考慮軋制道次改變時速度方向的變化，速度給定按照低速咬鋼，高速軋制，低速拋鋼的原則進行。在軋制奇數道次時 .軋機首先以等待速度運行，軋機人 口熱檢檢得鋼坯時軋機加速到咬鋼速度，通過電流信號檢測到咬鋼后軋機加速到軋制速度，熱檢信號檢測到拋鋼前軋機減速到拋鋼速度，當軋機內無鋼后減速到零。在軋制偶數道次時，軋機首先以等待速度運行，當鋼坯到達出口推床后加速到咬鋼速度，軋機咬鋼后加速到軋制速度，拋鋼前減速到拋鋼速度，當軋機拋鋼后減速到零。可見軋制偶數道次時軋機的加減速順序和奇數道次時相同，只是速度給定的方向正好和奇數道次時相速度定值器 速度控制器 機架速度 活套高度設定 數字調節(jié)器 計算模塊 活套掃描器 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 17 反。精軋機對軋件一般要軋制 7 一 9 個道次。圖 2 示意了軋制第 1,2 道次時軋機速度控制曲線 圖 2 可逆軋機軋制速度曲線 V0 — 軋機空轉速度（等待速度）； VAj — 第 j道次咬鋼速度； VBj — 第 j道次軋制速度 。 VCj — 第 j道次拋鋼速度 軋機各個道次速度設定值 (包括咬鋼速度、軋制速度、拋鋼速度 )不同，前后輥道速度隨軋機的速度變化而變化。輥道的控制，主要是在適當的時刻對某個輥道輸出合理的輥道速度，根據工藝要求，為保證鋼材平穩(wěn)地咬人，各段輥道速度要與此輥道相關的軋機速度同步。輥道與軋機速度同步，就是要求鋼材在輥道上和軋機上的金屬秒流量相等，輥道速度可按下面公式計算 : V 輥道 =C(1－￡ )V 軋機 式中， C 為超前或滯后率 (可調整 )。 ￡為壓下率。由于軋件在輥道上會發(fā)生打滑現象，所以在計算輥道的設定速度時還應考慮超前或滯后率。而與軋制無關的輥道則要高速運行，目的是為了減少鋼材在輥道上的停留時間，以減少溫降。 （ 2）輥縫電動壓下控制 (APC) ARC 即自動位置閉環(huán)控制，在電動 APC 控制程序中，對輥縫偏差 S 設定死區(qū)和拐點兩個位置。 S東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 18 死區(qū)是人為設定的輥縫偏差極小值，在這個區(qū)域內將電機速度給定值設定為 0。S 拐點由人為設定，當輥縫接近目標值時，需要將電機速度給定值減小，以便準確定位，這個人為設定的輥縫偏差點即為拐點。APC 運行過程是當輥縫偏差很大時，輸出一個最大值 VMAX，當輥縫偏差到達設定的 S 拐點時，輸出按設定斜率減小，直到減小到最小輸出量 VMIN，即按 VMIN 的設定量輸出，進人死區(qū)后，輸出為 0，近似模擬 V/S 曲線見 圖 3. 圖 3 APC V/S曲線圖 2． 4． 2活套布置工藝 帶鋼在精軋機組進行連軋時，通過活套裝置的緩沖作用，保持恒定的微張力、微活套量控制?，F以某廠精軋機組的活套布置為例，該精軋機組部分包括六架精軋機，五臺電動活套（活套高度控制）、測厚儀光閘等。 六架精軋機分別由一臺交流電動機進行驅動。在實際軋制過程中，軋機按照規(guī)定的速度匹配關系，軋制不同規(guī)格的帶鋼。五臺活套分別由一臺直流電動機進行驅動。在帶鋼軋制過程中，對活套進行套量（活套高度）及小張力控制，以避 免堆、拉鋼現象。 設計使用說明 2． 5． 1設計 6RA70 SIMOREG DC MASTER 系列整流器以其緊湊和節(jié)省空間的結構為特色，由于各個的部件容易接近，其緊湊式設計使他們特別容易保養(yǎng)與維護，電子板箱包含基本電子板和任何附加板。所有 SIMOREG DC 東北農業(yè)大學畢業(yè)設計（論文） 19 MASTER 裝置均配備一個安裝在整流器門上的簡易操作面板 PMU，面板由一個 5 位， 7 段顯示，作為狀態(tài)顯示三個 LED 和三個參數