【文章內(nèi)容簡介】 同一空載轉(zhuǎn)速下，特性越硬則靜差率越小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度就越高。 2． 1． 3穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜態(tài)特性 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2)所示 ,一般的 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征一般存在兩 種狀況：飽和（輸出達(dá)到限幅值），不飽和（輸出未達(dá)到限幅值）。 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 2） 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 ? ：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ? ：電流反饋系數(shù) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和： PI 的作用使輸入偏差電壓△ U 在穩(wěn)態(tài)時(shí)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(yùn)行段（水平特性）。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和： ASR 達(dá)到限幅值 Uim*，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不在產(chǎn)生影響。即 IdmUimId ? *?（相當(dāng)于圖中 AB 段），其中最大電流 Idm 由設(shè)計(jì)者選定，取決于電動(dòng)機(jī)容許過載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性在負(fù)載電流小于 Idm 時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 Idm 時(shí)，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器的飽和輸出 Uim*，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要的調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用兩個(gè) PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)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(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性 2． 1． 4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程分析 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 Un*由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 會(huì)經(jīng)過不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過程如圖 4）中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)階段。 圖 4）雙 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速和電流波形 注： Idl：負(fù)載電流； Id：整流電流。 Ⅰ階段（ 0~t1）：電流上升階段； ASR 進(jìn)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(tǒng)加速度恒定。 Ⅲ階段（ t2 以后）：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段；電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)，超調(diào)后 ASR 輸入偏差電壓變負(fù)，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(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 開始退出飽和狀態(tài) Ui*和 Id 很快下降，但 Id＞ Idl 轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升，直到 Id=Idl 轉(zhuǎn)速 n 達(dá)到峰值，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載阻力下減速直到穩(wěn)定（ t3~t4 階段）。 全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的介紹 在當(dāng)今電氣傳動(dòng)領(lǐng)域 ,由于直流電動(dòng)機(jī)具有極好的運(yùn)行性能和控制特性 ,因此在要求高起制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、快速響應(yīng)和寬速度調(diào)節(jié)范圍的可調(diào)電氣傳動(dòng)中 ,仍廣泛采用直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)。數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強(qiáng)大的抗干擾能力 ,在國內(nèi)外已得到廣泛應(yīng)用。 2． 2． 1：全數(shù)字化直流調(diào)速裝置傳動(dòng)簡介 全數(shù)字化直流調(diào)速控制傳動(dòng)是指由三相交流電源直接供電 ,用于直流電機(jī)電樞和勵(lì)磁供電 ,完成調(diào)速任務(wù)。全數(shù)字化的應(yīng)用解決了模擬系統(tǒng)中電子元器件參數(shù)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(tǒng)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(dá)到極高品質(zhì)的控制功能和水平。 2． 2． 2：全數(shù)字化直流調(diào)速裝置具有如下特點(diǎn) ,不需要其他任何附加設(shè)備便可完成參數(shù)的設(shè)定 。 。 16 位 (有的已采用 32 位 )微處理器承擔(dān)電樞和勵(lì)磁回路所有的調(diào)節(jié)和傳動(dòng)控制功能 ,調(diào)節(jié)功能在軟件中通過參數(shù)構(gòu)成的程序塊實(shí)現(xiàn) 。 ,電流檢測為數(shù)字化電流變送器 ,檢測精度高 。 ,既 可實(shí)現(xiàn)本裝置與其他調(diào)速裝置之間的對等通訊 ,也可實(shí)現(xiàn)本裝置與 PLC 和上位PC 機(jī)之間的實(shí)時(shí)通訊 。 、監(jiān)控報(bào)警、故障診斷以及自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等功能 。 PC 機(jī)和調(diào)試軟件 ,還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的參數(shù)設(shè)定、修改、顯示、監(jiān)控等功能。 西門子 6RA70 全數(shù)字直流調(diào)速裝置 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 2． 3. 1 介紹 為了滿足工業(yè)自動(dòng)化對電氣傳動(dòng)系統(tǒng)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(qū)動(dòng)產(chǎn)品 6RA70。最新推出的 SIMOREG DC Master 6RA70 系列直流全數(shù)字調(diào)速產(chǎn)品，在 6RA24 產(chǎn)品的基礎(chǔ)上更具有以下特點(diǎn) : 1. 單臺裝置輸出額定電樞電流 : 15A～ 2200A，額定勵(lì)磁電流 : 3A ~ 85A。裝置并聯(lián)后輸出額定電樞電流可達(dá) 12021A。 2. 輸入電壓分為五個(gè)等級 : 400V/460V/575V/690V/830V (460V 裝置暫不供貨 )。 3. 強(qiáng)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(xié)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(diào)速產(chǎn)品通用。 2． 3． 2技術(shù)特點(diǎn) 軟件功能更加強(qiáng)大 6RA70 采用了新穎的 BICO 技術(shù)，使所有功能塊均可以通過參數(shù)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(shí)間、 1024K， FLASH— EPROM。雙處理器處理電樞回路和勵(lì)磁回路開環(huán)和閉環(huán)所有傳動(dòng)控制功能。高性能的計(jì)算特性保證了傳動(dòng)裝置優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，電流環(huán)的上升時(shí)間為 6~9ms，速度環(huán)的上升時(shí)間為 25ms 其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖參見圖 2。 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 2 閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 該裝置的主要特點(diǎn)如下 : (1)用脈沖編碼器反饋時(shí) ,調(diào)節(jié)器精度達(dá)到 n=%(數(shù)字給定 )。調(diào)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(shù)字調(diào)速裝置的核心硬件。內(nèi)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(yùn)行的使能控制。④可組態(tài)的輸入輸出控制端。 (3)電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器 ,通過自動(dòng)優(yōu)化得到調(diào)節(jié)器的相關(guān) P、 I 參數(shù)。弱磁的優(yōu)化運(yùn)行可得到電動(dòng)機(jī)的磁化曲 線。 (4)通過選擇斜坡上升、下降、過渡圓弧等時(shí)間來實(shí)現(xiàn)起制動(dòng)、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(xiàn)象和機(jī)械沖擊現(xiàn)象 ,有利于延長電器和機(jī)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(guān)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(shù)字直流調(diào)速裝置基本結(jié)構(gòu)原理 6RA70 系列變流器為全數(shù)字緊湊型整流器，輸入為三相電源，可為變速直流驅(qū)動(dòng)提供電樞和勵(lì)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(lì)磁回路所有的調(diào)節(jié)和傳動(dòng)控制功能。調(diào)節(jié)功能在軟件中通過參數(shù)構(gòu)成的程序模塊來實(shí)現(xiàn)。 觸發(fā)電路 M 工藝控制器 速度環(huán)預(yù)控制器 電流互感器 脈沖編碼器模擬測速機(jī)無測速機(jī)運(yùn)行 電流環(huán)預(yù)控制器 給定積分器 轉(zhuǎn)柜計(jì)算 速度控制器 電流控制器 n‘ 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 (1)勵(lì)磁整流電路 本電控系統(tǒng)勵(lì)磁為恒磁供電系統(tǒng)，他勵(lì)，勵(lì)磁電壓 110V,勵(lì)磁電流 ,勵(lì)磁整流電路為單象限三相全控橋，勵(lì)磁整流裝置采用原裝的西門子 SIMOREG DCMaster6RA70 全數(shù)字直流調(diào)速裝置，額定直流電壓 485V,額定直流電流 280A (2)濾波電杭器設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)電樞回路電感為 ，通過計(jì)算主回路不需要濾波電抗器就可以滿足電控系統(tǒng)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(jié)構(gòu)原理圖如下： 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 活套 精軋機(jī)組與級聯(lián)調(diào)速 2． 4． 1活套和精軋機(jī)的控制功能 活套自動(dòng)控制就是以某一設(shè)定的高度為基準(zhǔn)，用調(diào)節(jié)主機(jī)速度來維持活套量恒定，即在主傳動(dòng)速度控制系統(tǒng)及活套裝置的套量信號所組成的活套閉環(huán)控制系統(tǒng)中，當(dāng)實(shí)際活套高度與基準(zhǔn)值不等時(shí)，用其差值控制上游或下游機(jī)架主傳動(dòng)的速度，糾正秒流量偏差，以保持活套量恒定。兩機(jī)架之間的活套控制環(huán)節(jié)中的每個(gè)反饋信號控制一個(gè)機(jī)架，機(jī)架與機(jī)架之間只通過 級聯(lián)來聯(lián)系?；钐卓刂圃韴D如圖 1）所示： 圖 1） 活套控制原理圖 精軋機(jī)主要控制功能包括軋機(jī)主傳動(dòng)速度控制 (自動(dòng)加減速、正反轉(zhuǎn)、自動(dòng)減速停機(jī)等 )、輥道輔傳動(dòng)單動(dòng)及跟隨軋機(jī)主傳動(dòng)聯(lián)動(dòng)速度控制、輥縫電動(dòng)壓下控制 (APC)、等。精軋機(jī)控制的關(guān)鍵是軋機(jī)的速度控制和輥縫電動(dòng)壓下位置控制。 （ 1）速度控制 精軋機(jī)的速度控制主要考慮軋制道次改變時(shí)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(jìn)行。在軋制奇數(shù)道次時(shí) .軋機(jī)首先以等待速度運(yùn)行，軋機(jī)人 口熱檢檢得鋼坯時(shí)軋機(jī)加速到咬鋼速度，通過電流信號檢測到咬鋼后軋機(jī)加速到軋制速度，熱檢信號檢測到拋鋼前軋機(jī)減速到拋鋼速度，當(dāng)軋機(jī)內(nèi)無鋼后減速到零。在軋制偶數(shù)道次時(shí)，軋機(jī)首先以等待速度運(yùn)行，當(dāng)鋼坯到達(dá)出口推床后加速到咬鋼速度，軋機(jī)咬鋼后加速到軋制速度，拋鋼前減速到拋鋼速度，當(dāng)軋機(jī)拋鋼后減速到零?？梢娷堉婆紨?shù)道次時(shí)軋機(jī)的加減速順序和奇數(shù)道次時(shí)相同，只是速度給定的方向正好和奇數(shù)道次時(shí)相速度定值器 速度控制器 機(jī)架速度 活套高度設(shè)定 數(shù)字調(diào)節(jié)器 計(jì)算模塊 活套掃描器 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 反。精軋機(jī)對軋件一般要軋制 7 一 9 個(gè)道次。圖 2 示意了軋制第 1,2 道次時(shí)軋機(jī)速度控制曲線 圖 2 可逆軋機(jī)軋制速度曲線 V0 — 軋機(jī)空轉(zhuǎn)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(jī)各個(gè)道次速度設(shè)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(jī)的速度變化而變化。輥道的控制，主要是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻對某個(gè)輥道輸出合理的輥道速度，根據(jù)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(guān)的軋機(jī)速度同步。輥道與軋機(jī)速度同步，就是要求鋼材在輥道上和軋機(jī)上的金屬秒流量相等，輥道速度可按下面公式計(jì)算 : V 輥道 =C(1－￡ )V 軋機(jī) 式中， C 為超前或滯后率 (可調(diào)整 )。 ￡為壓下率。由于軋件在輥道上會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象，所以在計(jì)算輥道的設(shè)定速度時(shí)還應(yīng)考慮超前或滯后率。而與軋制無關(guān)的輥道則要高速運(yùn)行，目的是為了減少鋼材在輥道上的停留時(shí)間，以減少溫降。 （ 2）輥縫電動(dòng)壓下控制 (APC) ARC 即自動(dòng)位置閉環(huán)控制，在電動(dòng) APC 控制程序中，對輥縫偏差 S 設(shè)定死區(qū)和拐點(diǎn)兩個(gè)位置。 S東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 死區(qū)是人為設(shè)定的輥縫偏差極小值，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)將電機(jī)速度給定值設(shè)定為 0。S 拐點(diǎn)由人為設(shè)定，當(dāng)輥縫接近目標(biāo)值時(shí)，需要將電機(jī)速度給定值減小，以便準(zhǔn)確定位，這個(gè)人為設(shè)定的輥縫偏差點(diǎn)即為拐點(diǎn)。APC 運(yùn)行過程是當(dāng)輥縫偏差很大時(shí)，輸出一個(gè)最大值 VMAX，當(dāng)輥縫偏差到達(dá)設(shè)定的 S 拐點(diǎn)時(shí)，輸出按設(shè)定斜率減小，直到減小到最小輸出量 VMIN，即按 VMIN 的設(shè)定量輸出，進(jìn)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(jī)組進(jìn)行連軋時(shí)，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(xiàn)以某廠精軋機(jī)組的活套布置為例，該精軋機(jī)組部分包括六架精軋機(jī)，五臺電動(dòng)活套（活套高度控制）、測厚儀光閘等。 六架精軋機(jī)分別由一臺交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在實(shí)際軋制過程中，軋機(jī)按照規(guī)定的速度匹配關(guān)系，軋制不同規(guī)格的帶鋼。五臺活套分別由一臺直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在帶鋼軋制過程中，對活套進(jìn)行套量（活套高度）及小張力控制，以避 免堆、拉鋼現(xiàn)象。 設(shè)計(jì)使用說明 2． 5． 1設(shè)計(jì) 6RA70 SIMOREG DC MASTER 系列整流器以其緊湊和節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)為特色，由于各個(gè)的部件容易接近，其緊湊式設(shè)計(jì)使他們特別容易保養(yǎng)與維護(hù)，電子板箱包含基本電子板和任何附加板。所有 SIMOREG DC 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 MASTER 裝置均配備一個(gè)安裝在整流器門上的簡易操作面板 PMU，面板由一個(gè) 5 位， 7 段顯示，作為狀態(tài)顯示三個(gè) LED 和三個(gè)參數(shù)