仇禮娟

（四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川攀枝花617000）

1 引言

1.1 背景介紹

某鋼鐵廠1350板坯連鑄機(jī)是我國(guó)第一臺(tái)自行設(shè)計(jì)、自行制造，僅引進(jìn)少量關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)建設(shè)起來(lái)的現(xiàn)代化大型板坯連鑄機(jī)。鑄機(jī)為一機(jī)兩流，全弧形，四點(diǎn)矯直，冶金長(zhǎng)度27.1m，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)合格連鑄坯100萬(wàn)噸。鑄機(jī)于1993年10月18日一次性熱負(fù)荷試車成功，投產(chǎn)后設(shè)備運(yùn)行比較穩(wěn)定，生產(chǎn)狀況良好。

根據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平狀況，1350板坯連鑄機(jī)去毛刺機(jī)采用直流模擬調(diào)速系統(tǒng)，但隨著時(shí)間的推移，備件組織困難，電氣設(shè)備逐步老化，故障率增加，2009年采用6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置，進(jìn)行了全新升級(jí)改造。

1.2 機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)成

去毛刺機(jī)的機(jī)械部分主要包括以下裝置。齒輪座：主要用來(lái)支撐和換向毛刺輥，保證整機(jī)運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)和水平；升降裝置：主要是一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)油缸，用于將毛刺輥上升至高位和下降至低位；去毛刺輥和錘刀：錘刀安裝于毛刺輥上，電機(jī)帶動(dòng)毛刺輥上的錘刀快速旋轉(zhuǎn)，將鑄坯頭部、尾部火焰切割后遺留下的毛刺打掉。

1.3 去毛刺機(jī)工作原理

鑄坯頭部到達(dá)去毛刺減速位，切后Ⅰ組輥道、去毛刺輥道由高速轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行，同時(shí)，去毛刺機(jī)電機(jī)帶動(dòng)毛刺輥正向高速旋轉(zhuǎn)，為去毛刺做好準(zhǔn)備。當(dāng)鑄坯頭部到達(dá)去毛刺位，在液壓油缸作用下，旋轉(zhuǎn)的毛刺輥上升至高位，并在高位保持3.5s，旋轉(zhuǎn)的錘刀將鑄坯頭部毛刺打掉；自動(dòng)下降至低位，同時(shí)電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)。當(dāng)鑄坯尾部離開(kāi)減速位時(shí)，去毛刺機(jī)電機(jī)帶動(dòng)毛刺輥反向高速旋轉(zhuǎn)，重復(fù)上述動(dòng)作，打掉鑄坯尾部毛刺。

2 直流調(diào)速和控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)

如圖1所示，去毛刺機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流電機(jī)，型號(hào) Z315-1A （Pe＝80kW、Uae＝220V、Iae＝400A，他勵(lì)，勵(lì)磁電流If＝13.6A）。因此，升級(jí)改造選用SIMOREG DC Master 6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7081-6GV62-0（額定電流400A）。

2.2 上位機(jī)控制系統(tǒng)

如圖2所示，去毛刺機(jī)去毛刺過(guò)程，電機(jī)邏輯運(yùn)行動(dòng)作控制信號(hào)來(lái)自上位機(jī)出坯PLC的電氣室DP遠(yuǎn)程I／O。毛刺機(jī)的運(yùn)行分手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式，其操作臺(tái)和運(yùn)行狀態(tài)顯示設(shè)置在板坯連鑄機(jī)切割操作室，通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。手動(dòng)方式適用于檢修調(diào)試，在生產(chǎn)過(guò)程中完全采用自動(dòng)方式。

3 控制系統(tǒng)完成的功能

3.1 速度閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)的處理

如圖1所示，去毛刺機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)采用測(cè)速機(jī)CSF形成速度反饋，在使用中存在以下問(wèn)題：①測(cè)速機(jī)是10多年前的產(chǎn)品，廠家已不再生產(chǎn)，備件訂貨困難；②測(cè)速機(jī)老化嚴(yán)重，性能變差，同時(shí)通過(guò)電機(jī)內(nèi)部齒輪連接，磨損很大，容易脫落。這諸多因素造成反饋環(huán)節(jié)質(zhì)量很差，信號(hào)嚴(yán)重失真，電機(jī)運(yùn)行波動(dòng)大，機(jī)械出現(xiàn)嚴(yán)重的沖擊顫動(dòng)，導(dǎo)致門形框架、齒輪座、錘刀頻繁損壞，去毛刺機(jī)維修成本大幅上升，并經(jīng)常因事故停機(jī)檢修，嚴(yán)重影響鑄坯質(zhì)量。因此，利用全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7081-6GV62-0具有的電壓反饋功能，如圖3所示，參數(shù)P083＝1（測(cè)速機(jī)反饋）改成P083＝3（速度實(shí)際值信號(hào)由EMF實(shí)際值通道K0287提供）。從使用一年多時(shí)間的實(shí)踐證明，運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)，輸出直流電壓波動(dòng)小于2%（采用測(cè)速機(jī)反饋輸出直流電壓波動(dòng)大于10%），完全滿足工藝提出的調(diào)速要求，節(jié)約了大量的維修費(fèi)用，提高作業(yè)率30%以上。

3.2 勵(lì)磁電流的優(yōu)化控制

原設(shè)計(jì)去毛刺機(jī)電機(jī)的勵(lì)磁電流If以永久接入方式供電。由于勵(lì)磁電流If＝13.6A很大，直流電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，因此必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱（散熱風(fēng)機(jī)型號(hào)：Y132S1-2 5.5kW）。在實(shí)際使用中，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)規(guī)律：生產(chǎn)過(guò)程中兩塊鑄坯之間時(shí)間間隔大約為15分鐘（對(duì)應(yīng)拉速V＝1米／分），而對(duì)于一塊鑄坯而言，毛刺機(jī)真正需要旋轉(zhuǎn)去毛刺的時(shí)間約為1分鐘。這就是說(shuō)，在大約（15-1）／15×100%≈93%的時(shí)間內(nèi)給電機(jī)所施加的勵(lì)磁電流If＝13.6A是無(wú)用處的。相反，造成電機(jī)勵(lì)磁繞組大量發(fā)熱而不得不額外增加強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱，消耗大量電能。本著優(yōu)化的設(shè)計(jì)思路，在去毛刺機(jī)電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行期間加入額定勵(lì)磁電流If＝13.6A，在停止運(yùn)行后延時(shí)一段時(shí)間（設(shè)計(jì)為6s）取消勵(lì)磁電流If。如圖2所示，出坯PLC遠(yuǎn)程I／O的輸出模板輸出點(diǎn)Q8.6驅(qū)動(dòng)繼電器10J，繼電器10J觸點(diǎn)開(kāi)閉狀態(tài)決定全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7081-6GV62-0的36＃端子的狀態(tài)（0或者1），從而控制去毛刺機(jī)電機(jī)勵(lì)磁電流If＝13.6A的接入與取消。具體過(guò)程是：當(dāng)鑄坯頭部（尾部）到達(dá)（離開(kāi)）去毛刺減速位時(shí)正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）運(yùn)行信號(hào) Q8.0（8.1）＝1，繼電器 10J斷開(kāi)，則勵(lì)磁控制信號(hào)Q8.6＝0，全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7081-6GV62-0的端子36＃＝0，向電機(jī)接入額定勵(lì)磁電流If＝13.6A；當(dāng)正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）運(yùn)行信號(hào) Q8.0（8.1）＝0 時(shí)，延時(shí) 6s，勵(lì)磁控制信號(hào) Q8.6＝1，繼電器 10J閉合，端子36＃＝1，全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7081-6GV62-0取消向電機(jī)接入勵(lì)磁電流，即If＝0。

圖1 直流調(diào)速系統(tǒng)

圖2 上位機(jī)控制系統(tǒng)

圖3 6RA7081-6GV62-0的速度閉環(huán)反饋電路

設(shè)計(jì)全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7081-6GV62-0的勵(lì)磁運(yùn)行控制參數(shù)：P257＝0（停機(jī)勵(lì)磁設(shè)定值）、P692＝10（選擇接入停機(jī)勵(lì)磁的源36＃端子），如圖4所示。

在出坯PLC設(shè)計(jì)去毛刺機(jī)電機(jī)勵(lì)磁控制程序，控制停車勵(lì)磁輸出點(diǎn)Q8.6的狀態(tài)，如圖5所示。同時(shí)，在軟件和硬件上取消毛刺機(jī)電機(jī)的散熱風(fēng)機(jī)。需要特別說(shuō)明的是控制程序中的時(shí)間繼電器T25，主要是保護(hù)作用。當(dāng)毛刺機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)合閘以后 Q8.6＝0，勵(lì)磁電流 If＝13.6A 立刻加入，如果較長(zhǎng)時(shí)間未投入運(yùn)行，勵(lì)磁電流If＝13.6A始終滿磁加入，這將導(dǎo)致取消散熱風(fēng)機(jī)后，毛刺機(jī)電機(jī)發(fā)熱燒壞。因此，時(shí)間繼電器T25檢測(cè)到合閘2分鐘后未出現(xiàn)運(yùn)行信號(hào) Q8.0 （8.1）＝1，自動(dòng)置位Q8.6＝1，取消勵(lì)磁電流的接入。

4 節(jié)能效益分析

1350板坯連鑄機(jī)去毛刺機(jī)采用6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7081-6GV62-0進(jìn)行了全新升級(jí)改造，可靠性、經(jīng)濟(jì)性大大提升，節(jié)能效果顯著。

4.1 電機(jī)勵(lì)磁節(jié)能

1350板坯連鑄機(jī)一年停機(jī)檢修時(shí)間：

去毛刺機(jī)僅僅在檢修（故障除外）時(shí)停電，則一年通電時(shí)間：

則勵(lì)磁電流優(yōu)化控制后一年節(jié)約電能（R為電機(jī)勵(lì)磁繞組電阻）：

圖4 6RA7081-6GV62-0的勵(lì)磁運(yùn)行控制參數(shù)圖

4.2 取消散熱風(fēng)機(jī)節(jié)約電能（P為散熱風(fēng)機(jī)額定功率）

兩項(xiàng)綜合節(jié)能效益Q效益1（N＝2，一機(jī)兩流；J＝0.5 元 ／KW·h）

4.3 備件和質(zhì)量效益

減少風(fēng)機(jī)消耗 4臺(tái)（0.6萬(wàn)元／臺(tái)），由于更換一次散熱風(fēng)機(jī)，毛刺機(jī)停運(yùn)5h／次，一年平均更換4次，鑄坯不能去毛刺，造成質(zhì)量異議損失100元／噸，則效益計(jì)算 Q效益2＝（4 臺(tái)×0.6 萬(wàn)元／臺(tái)＋5h／次×4 次×60 分×1 米／分×2 噸／米×100 元 ／噸）×2＝52.8萬(wàn)元

改造后一年總經(jīng)濟(jì)效益：

5 結(jié)束語(yǔ)

從生產(chǎn)實(shí)踐分析得出，對(duì)于大量諸如上世紀(jì)建成的1350板坯連鑄機(jī)，很多調(diào)速系統(tǒng)仍然還在使用直流調(diào)速。從可靠性、經(jīng)濟(jì)性分析，完全可以采用SIMOREG DC Master 6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置進(jìn)行升級(jí)改造，其負(fù)載屬于間斷工作情況，完全可以借鑒電壓反饋和勵(lì)磁控制方式，實(shí)現(xiàn)更加可靠的節(jié)能減排運(yùn)行模式。

［1］SIMOREG DC Master 6RA70 系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置使用說(shuō)明書(shū).

［2］STEP 7 V5.4 Help Contents.

［3］宋家成.直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用與維修［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

［4］陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［5］史國(guó)生.交直流調(diào)速系統(tǒng)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.