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西门子6SE70变频器在连铸中包车上的应用


一、前言
  
  武钢集团鄂钢公司电炉炼钢厂于2002年9月建成投产,全线自动化程度高,按区域划分为一座60吨CONSTEEL电炉、一座70吨精炼炉和一台四流小方坯合金钢连铸机。全线共有9套S7-400PLC、7套S7-300PLC、12套S7-200PLC、30套6SE70系列书本型变频器、18套MM4系列变频器被投入使用。本文主要介绍6SE70系列书本型变频器在连铸区域特别是在两台中包车上的应用及改进情况。
  
  二、连铸区变频器的使用情况
  
  连铸区域分为公用部分和各流部分。
  
  因生产工艺对相关设备的调速需求,同时根据控制系统的要求以及受主控室面积的限制,公用部分的大包旋转台、两台中包运输车、出坯辊道,以及各流部分的振动台、拉矫机、中间辊道、运输辊道均使用6SE70系列书本型变频器,并通过ProfibusDP网与各自区域的S7-400PLC交换信息。整个连铸区域变频器的使用量大,且与PLC之间的数据交换量大。因为使用了ProfibusDP网,不仅节省大量的数字、模拟量输入、输出模板,还降低了电缆的敷设费用,缩短了工期。特别是6SE70系列变频器的BiCo功能的灵活性在本项目连铸区的变频器的应用中得到了充分体现。
  
  1)、BiCo功能和“FreeBlock”在用户自定义功能中的使用
  
  BiCo功能的作用就是利用变频器基本软件中的开关量连接器和连接器对开关量的数字量的输入输出信号和模拟量的输入输出信号按需要进行分配,以实现相应的控制,使变频器具有简单的控制系统的功能。变频器基本软件中有大量的可由用户定义的“FreeBlock”,利用它们可实现简单的逻辑控制、字到位的转换、位到字的转换、计算、定时,结合BiCo功能,可由用户自定义4种故障等功能,扩展了变频器的应用范围。在本项目中,CUVC板、EB2板的输入输出信号的功能的定义,电动机轴上抱闸的逻辑控制,PLC传送到变频器的由用户定义的控制字的字到位的转换,以及变频器进线开关跳闸的故障定义等,均使用了BiCo连接和“FreeBlock”功能。
  
  2)、投产后变频器的使用效果
  
  投产后的一年间,变频器本身的运行情况稳定,除去机械设备、电动机和电缆出现问题而造成变频器故障跳闸外,日常仅对变频器作定期清灰工作,维护量很少。随着时间的推移,变频器自身也陆续出现了一些问题,主要反映以下两个方面:
  
  (1)变频器的损坏
  
  这类故障主要是功率元件损坏,从损坏部位的现象看,并结合其他同类型企业的变频器的使用情况分析,灰尘引起的短路占大多数。
  
  (2)上电后即报F011、F026、F029等故障且不能复位
  
  最终解决方法是将CUVC板拔出后再插入,或者在这种方法无效时将变频器拆下,清除内部灰尘后即可消除故障。出现这类问题的主要原因仍然与灰尘有很大的关系。
  
  变频器受外部因素影响而出现的故障几率要远大于变频器本身的故障几率,因此确保变频器的工作环境符合要求对其安全运行是非常重要的,在变频器使用手册中也特别提到这一点。但工矿企业中又很难消除灰尘对变频器的影响,特别是6SE70系列书本型变频器电路板大量采用贴片元件,一方面缩短了器件之间的距离,减少了变频器的体积,节省了电控柜内的空间,但另一方面又降低了变频器在较差环境下的耐受能力。为此我们在投产后采取定期用干燥的压缩空气对变频器进行清灰的方法来解决这一问题,但仍然出现因灰尘引起的变频器故障,在开盖检查时发现电路板上仍有很多灰尘未能清除,说明用此种方法清灰效果有限。目前我们在加强电控室的防尘能力的同时,只能分批对在线的29台变频器作开盖吹灰,工作量较大。由此笔者认为提高变频器内电路板的抗灰尘能力以及在变频器的现有结构基础上增加一些便于在线清灰的措施,如将变频器盖板改为侧开方式,将有助于在线清灰,对6SE70系列书本型变频器的可靠运行是非常有益的。
  
  三、提高中包车变频器系统可靠性的方案及效果
  
  为了增强电控系统在突发事件下的可靠性,并结合系统现有的结构,我们在连铸两台中包车的电控系统上作了细微的改进,由此也显现出该套系统的灵活性。
  
  1)、原中包车系统的构成
  
  连铸两台中包车为断续工作制,操作方式、功能和电控系统完全相同,除必要的的联锁外,彼此互相独立。变频器系统设计时,其中的功能得到了很好的利用,但从现场的角度看,其在紧急情况下的应对能力有待提高。
  
  2)、改进后的中包车系统
  
  (1)系统状态的定义
  
  正常状态:电控系统处于正常的工作状态,变频器控制各自中包车的电动机。
  
  应急状态:当一台中包车的变频器或者现场操作箱出现故障时,需用另一台中包车的变频器或操作箱来替代控制这台中包车。
  
  (2)实施方法
  
  首先,利用参数P362、P363、P364将变频器已经调试完毕的BiCol数据组中的电动机数据组、BiCo数据组、功能数据组复制到BiC02数据组中。利用变频器软件中的两套BiCo数据组,正常状态时使用BiCol数据组,应急状态时使用BiC02数据组,两台变频器的BiCo数据组的切换均通过一只转换开关来完成(通过P590实现)。两个数据组的区别在于每台变频器的BiC02数据组中的P918(CBBusAddress)的值为另一台变频器BiCol数据组中的P918的值。
  
  其次,安装两台三刀双投转换开关,在正常位时。两台变频器各自控制相应的中包车电动机;在应急位时,两台变频器与两台中包车电动机之间实现交叉控制。
  
  再次,因两台中包车电动机的抱闸的控制功能是利用变频器内部的“FreeBlock”实现并通过硬线与抱闸回路连接,故通过受切换BiCo数据组的转换开关控制的两个旁通开关,在应急状态下使抱闸打开。
  
  (3)改进后的效果
  
  改进后,在应急状态下有两种操作模式:第1种,1#中包车的操作箱通过公用PLC经ProfibusDP网来控制BiCo数据组已切换到BiC02的2#中包车变频器去驱动1#中包车,1#中包车上的各种行走限位仍与正常时一样起作用,2#中包车也如此。第2种,1#中包车的控制源在原来的基础上增加了一个,即在应急状态下,只将三刀双投转换开关切换至应急位,2#中包车变频器的两套BiCo数据组仍然为BiCol,使用2#中包车的操作箱通过公用PLC经ProfibusDP网控制总线地址未改的2#中包车变频器去驱动2#中包车,但此时1#中包车上的各种行走限位将不起作用,操作工须人工对中包车定位,2#中包车也如此。
  
  2005年7月,在开往浇铸位的途中,1#中包车变频器整流回路短路损坏,在确认电动机回路正常后,使用应急功能,很快使1#中包车运行到位,避免了大包钢水、中包耐材温度过多的下降给生产带来的负面影响,可见改进后的效果良好。
  
  四、结束语
  
  此次改进是结合了6SE70系列变频器便利的功能和ProfibusDP网络的灵活性,改动量比较少且简单,但所起的作用确实很大。在不同的地方,对变频器的要求可能不一样,关键在于能否因地制宜,有针对地的完善系统,来保证变频器及变频器系统能安全、可靠地服务生产。