电气基础知识

1 1机组概述机组主要用于高温合金 镍基合金 精密合金和铬镍合金等特殊钢种的轧制 年处理能力为7 2万吨 机组为引进德国西马克 SMS 的整体式20辊轧机机组 根据生产计划 由吊车将钢卷从二十辊轧机前中间仓库送至开卷机前鞍座上或者直接吊运到入口卷取机前的鞍座上 人工拆除捆带 钢卷由钢卷小车上卷 经开卷机 具有卷纸功能 开卷 薄规格的带卷可以直接由卷取机进行开卷 经过铲头将带钢头部从钢卷引出 通过夹送辊 矫直机 送入轧机 再送往出口侧的卷取机 借助助卷器 厚规格产品采用钳口 对带钢进行卷取形成轧制张力后 轧机进行多道次往复轧制 轧制后的带钢经卷取机卷取后 再由钢卷小车卸卷 送往钢卷存放鞍座上 钢卷在鞍座上打捆后由吊车运送到中间仓库存放 1 2电气系统概述20辊轧机机组的电气系统主要 过程自动化系统Level2 基础自动化系统Level1和传动控制系统Level0等组成 网络结构及布置见系统图 1 3自动化系统及通讯方式过程自动化系统Level2 简称L2 接收由上级系统传来的生产计划 根据计划内容协同数学模型制定相关工艺参数 并下达给基础自动化系统Level1 简称L1 同时监控生产过程中的各种参数 接收L1级传送来的各种过程数据和质量数据 进行处理和记录 向上级系统反馈 对生产计划进行管理 基础自动化系统Level1 简称L1 收到来自L2的各种数据后 将这些数据同Level0级系统采集到的数据进行比对验证 管理下达工艺参数 对实际的生产过程进行控制 并向上级L2反馈 传动和马达控制系统Level0 简称L0 主要负责执行由L1级下发的控制命令 对要求的数据进行采集和上传 不具备智能功能 是直接与生产设备相连的控制系统 各系统间的通讯方式主要有两种 ProfibusDP现场总线方式和IndustrialEthernet工业以太网方式 ProfibusDP方式传输的数据速度快但是容量小 一般最多只有几十个字节 而工业以太网方式传输的数据速度不如Profibus快 但是数据内容可以大得多 一般来讲 PLC之间采用ProfibusDP通讯 PLC与计算机之间或者计算机与计算机之间采用工业以太网通讯 1 4过程自动化系统 Level2 主要功能1 组织功能母卷数据 L2从L3接受来料钢卷的参数数据并储存 L2大于可以储存400组钢卷数据 顺序控制 来料生产顺序在L2根据钢卷数据来决定 操作工也可以手动设定加工顺序 虚拟卷 虚拟卷在当生产参数需要调整 而调整过程不能以实际钢卷处理的时候应用 虚拟卷在生产计划确定的时候就已经在L2上生成了 虚拟卷将被视作普通来料加工 产生的信息回送给L3 维护用卷 维护卷用于穿引 停机维护 断带处理 维护卷不由L3下达 也不会产生任何处理信息 2 定义设定值L2通过材料数据或者工艺表来决定设定值 当以下几种其况发生时 设定值会被确定 入口处出现新的钢卷 此时的设定值已经在早一些的时候完成并显示 操作工人工设定 来料数据发生改变 出口处成品卷分卷完毕 设定值典型画面 3 处理测量值L2处理两种测量值 和钢卷相关的处理值以及消耗量 能源 介质 消耗量保存90天 4 数据管理产品生产指导数据 母材数据 生产顺序 工艺数据 钢种 张力等 成品数据 出口钢卷ID 直径 质量 附加数据 操作数据 班次数据 停产次数 消耗数据 班次管理 班次开始 结束时间 班次代码 人员更换 5 报表管理生产数据报表 材料数据 成品数据 表面检测结果 生产数据 消耗数据质量报表工艺报表班次报表日 月报表停产报表 6 系统和维护功能生产日志 以纯文本形式记录生产日志并带有时间 可以被文本编辑器打开 L2系统带有一个监视工具 具有以下功能 监视生产过程崩溃后自动重启动手动启动 停止监视一个生产过程查看生产状态 事件信息画面 7 通讯失败时的处理功能与L1通讯失败 如果L2与L1间通讯失败 已经安置在入口处的钢卷仍然能顺利加工 因为其钢卷数据早些时候已经传送至L1了 该卷加工完成后 操作工可以在L1复制该卷的工艺数据用于其后面同类钢卷的处理 一些材料参数比如宽度 厚度等操作工可以在L1上进行调整 工艺参数可以复制使用于后面的同类钢卷 L1上可以储存24卷钢卷的加工信息 这些信息在通讯恢复后会自动传送给L2 但超过24卷的信息就不会储存和发送了 详细的监测数据比如质量数据 在通讯中断时不会被记录 L2上的生产计划表需要手动更新 操作工必须确认由L1发送来的上述钢卷的ID号 才能更新计划表 与L3通讯失败 一般来说 L2内可以存储大约1000组成品数据 一旦通讯恢复 存储的这些数据会自动按顺序发送至L3 由于L3发往L2的数据在加工前几卷的时候就已经送到了 因此对L2提供的数据在很长一段时间内都可以得到保障 另外 如果有新卷需要处理 操作工可以人工输入新卷ID号 8 系统备份与恢复应用数据和数据库内容会每天在ARCServe2000上进行备份 以便在硬件或软件崩溃和进行恢复 基于目前的分布式客户端 服务器结构 ARCServe2000可以作为客户端上备份工具 将数据备份至服务器终端 日常备份 备份在服务器上 在ARCServe2000的备份画面上 需要备份的数据 以及备份源和目标文件都要以一个计划表的形式确定下来 然后人工启动备份进程 备份日志和状态信息会在备份时显示在画面上 备份 备份在可移动存储器上 服务器上的备份需要4张软盘 客户端上的备份需要5张 因此软盘驱动器和至少一台数字式磁带驱动器是必须的 备份在数字式磁带上 DAT DAT Tape的备份类似于日常备份 也由ARCServe2000完成 操作系统的驱动信息以及注册信息都必须备份在DAT上 这是数据恢复时需要用到的 其它分区上的备份可以单独进行 客户段备份不可以经由网络完成 必须到客户段就地操作 1 5基础自动化系统 Level1 1 5 1自动厚度控制AGC自动化厚度控制从反馈控制 前馈控制和各种补偿功能决定修正输出信号 这些修正增加到执行机构的整定点上 主要执行机构是入口侧张力卷筒和辊缝控制 1 5 1 1秒流量控制秒流量概念是基于在任何时间 进入与离开辊缝的材料数量相同的事实 在入口和出口侧的材料数量根据带钢的横断面和带钢的速度计算 在基座的两侧 带钢的宽度相同 因此可忽略 入口和出口速度由激光测速计测量 作为第2个可选择的方式 采用平整轧辊 尤其是转向辊 的脉冲发生器 冗余的测量用于交叉校核 因为秒流量控制和监测控制使用相同的执行机构 以修正厚度 必须注意保证两个控制回路的精确协调 秒流量控制消除了辊缝和出口厚度计之间的由表计确定的测量误差 改进了监测回路的动态特性和效率 当轧机速度不等于零 轧制带钢到达测量表计时 数据采集已经开始 因此 控制回路将在第1批带钢表计测量期间激活 采用入口速度参考值代替采用实际值 因为控制回路的输出将引起开卷机处的速度改变 开卷机将输入一个加速度偏离整定点 以防止在加速度期间的张力改变 带钢厚度控制应用于补偿输入轧机的厚度误差 因此 有前馈和后馈两种控制模式 在轧机基座处的前馈带钢厚度控制用于补偿甚至更短期的输入轧机的厚度误差 入口厚度误差信号转换为适当的修正值 用于间隙控制器和开卷机 反馈控制记录轧机的厚度误差趋势 从而调整执行机构 但是 这并不补偿短期的误差 1 5 1 2前馈回路在轧机入口处厚度计的测量进入表计偏差 通过在轧机基座处的前馈控制修正 由于材料的条件和性能的动态特性 前馈控制补偿厚度误差非常有效 前馈控制甚至补偿短期的入口厚度偏差 它采用入口厚度计测量展卷带钢的不规则偏差 并对带钢产生相反的影响 将入口侧厚度规和辊缝之间的距离分为几段 测量每段的厚度规误差和相关的平均速度 将该段存贮在一个位移寄存器中 并利用该段同步地转移到辊缝 及时进行相应的执行机构修正 意味着考虑执行机构的响应时间和厚度规的延时 当它通过辊缝时 以影响有关厚度规误差 这补偿了不可避免的执行机构的响应时间 此外 如果前馈控制的分辨率足够高 以及液压辊缝的控制足够快 该辊缝也跟随厚度规快速变化 当启动厚度控制时就实现了无颠簸输送 1 5 1 3反馈回路在随动回路中 取在特定带钢长度上测量的厚度规误差作为平均值 例如 在出口厚度规和辊缝之间的距离 利用一个完整运行的控制器将结果的修正应用于执行机构 将该完整的控制器优化调整到受控系统的特性 该受控系统由在辊缝中的带钢段到达及其在厚度规中后续测量之间与速度有关的延时确定 它产生修正值 直到出口规偏差为零 出口厚度规记录轧制带钢的剩余偏差 因为该偏差在后面测量 辊缝的短时偏差不可能用反馈控制修正 厚度规的实际值由厚度规的时间常数和附加的与速度有关的延时确定 辊缝与厚度规之间的距离越短 反馈厚度控制回路的质量越好 1 5 1 4带张力校正的厚度控制该轧机设计来将钢材轧制到出口厚度为0 075mm 在轧制如此薄的材料过程中 轧辊在边缘接触 被平整到这样的程度 以致轧制力的任何增加都不会发送到带钢 但是 后张力增加引起辊缝精度增加 随后出口厚度及带钢厚度降低 张力作为主要作用因素 监测回路对入口张力和出口张力两者起作用 以达到优化控制的效率 如果张力达到其限值 液压间隙系统移动到一个有效的张力工作点 前馈控制作为一个力矩连接工作 以使由厚度规误差引起的张力波动最小 1 5 2板形控制板形控制的任务是设定所要求的带钢应力分布 带钢应力均匀分布的先决条件是通过尽可能精确地使辊缝与带钢断面匹配 在整个带钢宽度上均匀的相对厚度降低 板形控制由一组新的测量值一经可用就处理的测量值激活 然后 将该组测量值转移到板形控制 对于每个个别的测量区域 板形控制通过设定 实际比较确定了控制偏差 建立的控制偏差曲线借助于数学算法进行分析 并按照它们的效率系数分配到可用的执行机构 对于预选的板形控制回路 计算一个新的设定值 1 6传动和马达控制系统 Level0 机组全线均为交流电机 分别由交流传动和MCC控制 统一采用西门子交流调速系统 1 6 1西门子SM150中压传动系统介绍西门子最新的中压传动控制系统SINAMICSSM150是采用公共直流母线设计方式 使用IGCT作为其功率元件 三电平逆变控制系统 变频器直接作用于绝缘马达的线圈绕组系统以获得最大的输出功率 对于电动和发电的传动方面的应用 一个AFE ActiveFrontEnd 最多可以带3个马达的逆变器 用来补偿不采用AFE方式下的直流母线上的能量损失或变压器的能量损失 其基本单元结构如下图 马达侧的逆变器通过调节直流母线上的三个电平来控制马达相位的脉冲频率从而使马达电流平均值波形接近于正弦曲线 这样活得的马达频率比双向离子变频器要高3倍 直流母线的电源由进线侧的三电平整流器提供 这个整流器类似于马达侧的逆变器 进线侧的自整流整流器 ActiveFrontEnd 可以对进行侧的功率因数做任何调整 并且通常情况下是没有滤波回路的 优化的脉冲模式保证了很低的进线电流的谐波畸变 另外 根据选择变压器线圈和不同传动的矢量组之间的向量角度 可以补充5次 7次 17次 19次谐波 在低输出频率时 IGCT空间矢量模式运行在3电平拓扑结构 在高输出频率时 通常在进线侧 IGCT根据同步优化脉冲模式被触发 优化的标准是最小的电流畸变和最小的热量损失 根据IGCT的关断能力和不断增加的变压器PU电抗 使得SM150的功率回路可以采用无熔丝的配置方式 每个逆变单元有3个单独的相模块 每个相模块包含IGCT 晶闸管 续流二极管和附属的缓冲电路 逆变器采用水冷方式 而且逆变单元还包括电流传感器 集成门极单元的电源 保护开关 柜门监视装置和低感应的直流母线电源接头 马达和变压器的电源连接在尾部的柜子 从底部进线 另外 还包含一些辅助系统 预充电单元 电压传感器 辅助电源 监视系统和变频器控制系统 CCU CCU包含功率站适配器 PSA 一系列同传动控制系统的接口 一些光纤和一些IGCT的集成门极驱动单元接口 在PSA处可以获得模拟信号 管理和生成IGCT的触发脉冲信号 监控IGCT的状态并执行快速保护机构 西门子利用拥有专利的ROTOS技术来控制SINAMICSSM150 ROTOS用边部调制模式和优化的IGCT的脉冲开关模式取代PWM调制模式 这项技术的优点如下 变频器较高的输出电压 增加约10 变频器较高的输出功率 增加约10 较高的电机利用率 较低的IGCT开关频率 约200Hz 电机线圈上较低的dv dt压力 较低的电机转矩脉动 1 6 2西门子SM120中压传动系统介绍S120支持一个变频器带多个电机的模式 由于元件模块化 从而是传动柜的体积大大减小 如果传动系统的电动状态和发电状态可以结合在一起 就可以实现节能 优化过程控制 降低系统扰动 传动组的进线电源可以根据进线电源连接到同一个公共直流母线的马达进行优化 进线单元模块可以适用380V 480V和660V 690V两种电压范围 并且可以运行在2象限和4象限 SINAMICS系列变频器系统的主要元器件如下 进线连接模块 LCM 包括进线侧元器件 适用不同电压范围电源的进线模块 智能进线模块 SLM 基于IGBT技术 4象限运行 所有的单元都装在电气柜里 通过硬线连接到端子 功率模块通过DRIVE CliQ与中央控制单元通讯 DRIVE CliQ是一种新的专用于传动系统的内部通讯接口 传动柜的标准保护等级为IP20 通风口在柜体上面 周围环境温度要求0 40 设计特点 由于采用IGBT作为功率元件和创新的冷却方式