安阳钢铁集团公司高速线材轧机于2000年7月建设，北京冶金设计院负责其工厂设计和工艺流程的布局，电气控制部分由北京金自天正智能控制股份有限公司完成。集卷站控制采用公共直流母线方案：系统经一个公共的整流/回馈单元，整流后通过直流母线可以驱动若干台逆变器。电机制动时产生的能量经过直流母线可以自动均衡，供给电动状态的电机使用，这样从电网吸收的电能可以减少，比起传统的变频器系统进一步节能。

图1带整流回馈单元及直流母线的变频器系统

　　1  集卷站系统组成及控制回路

　　高速线材机组单体最复杂的设备―集卷站的控制主要是逻辑联锁和顺序控制，主要包括：

　　1)集卷筒：隔板装置的打开／闭合控制；集卷筒升／降和高度控制；空气吹扫装置控制。

　　2)线圈底盘：线圈底盘升／降和高度控制；集卷室门开／闭控制。

　　3)双芯棒：双芯棒旋转控制；内芯棒升／降和高度控制。

　　4)运卷小车：运卷小车行走控制；运卷小车升／降和高度控制。

　　5)盘卷对中控制：压紧装置控制。

　　根据以上控制要求，传动装置的上位控制器选用西门子S7-400系列PLC。PLC主要通过PROFIBUS-DP网实现对传动装置的控制和监测。传动系统的可逆整流器和逆变器均配有CBP2通信板。主板上有两个串行通信口，用于与手操器、计算机（带SIMOVIS软件）或上位机通信。使用USS协议，通信总线最高可带31个从站，通信速率最高可达38.4Kb/s。在PROFIBUS-DP网上，整流器和逆变器作为从站通过CBP2板实现与主站PLC之间快速、准确的数据传递。PLC与装置之间通信的数据结构为PPO（参数过程数据体）形式。PLC依次可以向每台装置发送6个过程数据字，再从装置接受6个过程数据字。通过过程数据字，PLC将各装置的起、停命令等逻辑控制量和速度给定、力矩给定等数字控制量作为过程数据传给调速装置，而整流器和逆变器通过CBP2板将直流母线的电压、电流等、电机的实际转速、力矩、输出电压、电流以及调速装置的状态字等过程数据传送到PLC。实现逻辑联锁和顺序控制

　　2   主回路配置

　　根据出口处传动系统特点，我们采用了共用DC母线方式的变频器多机传动系统。全数字交流变频调速系统主回路由进线电抗器，可逆整流器，自耦变压器，逆变器，输出电抗器和三相异步交流电动机，脉冲编码器组成（如图1所示）。系统共用1套可逆整流装置及公共直流母线，取消了能耗制动单元。在正常工作时集卷站的整流逆变单元处于整流工作状态，即能量回馈到直流母线上，而其他逆变器则均处于逆变工作状态，将直流母线上的电能输送到对应的电机中。这样通过直流母线实现了逆变器之间以及逆变器和整流器之间的能量交换；将处于整流状态的整流逆变单元发出的电能通过直流母线输送到其他处于逆变状态的逆变器中，若逆变器逆变所需的总能量大于逆变器整流发出来的总能量时，可通过整流器从电网补充电能；反之，利用可逆整流器将电能回馈给电网。这样将原本需通过能耗制动器消耗的电能用于驱动其他电机或回馈到电网，大幅度地节省了电能。自耦变压器将可逆整流器逆变产生的电流经过电压提升，回馈给电网。整流逆变单元为交流变频调速系统的核心装置，其他全部选用矢量控制型逆变器。每套逆变器装置均用脉冲编码器测量电机转速，构成闭环速度控制系统。每台逆变器与电机之间均配有输出电抗器，以防止逆变器输出电压的dV/dt太大对交流电机产生不良影响。

　　安钢高线采用了DC母线下的6SE70变频器多机交流传动系统。整流回馈单元采用是输入380~460V，输出510~620V宽电压范围的整流装置。本系统输入400V，输出510V。双臂芯棒的旋转传动装置与线卷运输车传动装置都采用6SE7027-2TD61逆变器；传动方案为编码器矢量控制方案。双臂芯棒电动机型号规格为9VL 326THTDA8831AA 30KW，制动抱闸是和电动机成套的电磁饱闸，抱闸的控制采用西门子6SE70标准的控制方案；线卷运输车由一台YTSP280S-4，30kW电机驱动；线卷托盘升降的传动装置采用6SE7031-2TF60逆变器，电动机型号规格为YTSP2804-6,45kW（电动机成套抱闸已拆除不用）;增加制动抱闸型号为：ZWZ-400/500。线环分配器、内芯轴升降分别由一台5.5kW、7.5kW电机驱动，电动机都由6ES7022-6TC61变频器单独传动；系统中每台电动机既可以单独处于电动状态，又可以单独处于制动状态，还可以单独调速。

　　3  集中整流-分段逆变应用问题与优点
   
　　调试生产中出现的问题: 速度反馈编码器连续损坏。大多数现象是编码器在电机正常使用中工作正常，生产线停机检修后再次起机时，发现编码器损坏。最严重的一次是托盘电动机输出轴扭断，当时现场检查发现编码器损坏。6SE70变频器内的初始化及参数设定不当引起内部熔断器大量烧毁；硬件故障一般较易排除，而来自于上位机通讯方面的故障相对来说难度较大。在调试中，常因软件中“本地”和“远程”两套参数两组数据的选择有误而不能实现与上位机的通讯，更多者，则是由于通讯光纤的连接不佳造成的光信号散失而造成的通讯失败。
   
　　共用直流母线可以大大减少整流器和制动单元的重复配置，结构简单合理，经济可靠;

　　此系统具有如下优点:

　　(1) 正常运行时，可以实现电动机电动状态和再生制动状态的能量自动补偿。各电动机工作在不同状态下，能量回馈互补，优化了系统的动态特性;采用直流母线可最好地平衡能量分配。在机组全线制动时，又可将制动能量回馈给电网。

　　(2) 共用直流母线的中间直流电压恒定，电容并联储能容量大;使供电整流单元的容量和全部系统的供电变压器的容量选得比较小，设备可得到较高的性能价格比。

　　(3) 本系统运行以后，提高系统功率因数，降低电网谐波电流，提高系统用电效率。节电≥35%。

　　(4) 采用直流母线的变频调速系统后，电动机运行特性较好，电动机的转速降低，且由于变频器功能强大，可靠性高，使得机械故障、电器故障减少，设备寿命延长，从而大大减少了设备维修工作量和费用。

　　(5) 可以协调整条生产线各台电动机停车。多机传动系统中每台单机的再生能量可以被充分利用，多台变频器一般不会同时处于制动状态下，少数制动的逆变器回馈到直流侧的能量，可以被正处于电动状态下的另一些逆变器所吸收。

　　4  结束语

　　本系统于2001年5月投入运行以来，运行状态稳定、可靠，集卷筒内盘卷的收集完全由PLC自动完成，大大降低了工人的劳动强度，提高了自动化水平。同时，由于集卷站集中整流-分段逆变控制精度较高，使得成品收集快，为整个轧线轧制速度的提高解除了后顾之忧，从而保证了产量的大幅度提高。目前，安钢高线年产量已达到60万t，取得了良好的经济和社会效益。