美国F370密炼机主机控制系统的改造

青华香香

前言

密炼机是轮胎行业炼胶生产的重要设备，华南轮胎公司1996年引进了美国FARREL公司F370密炼机组。电机选用美国通用公司生产的直流电机，进线电压为600V，电机功率为3000HP，额定电流3350A，应用范围的过载电流6700A时可持续60s(允许短时过载到8710A)。驱动部分采用的是美国通用公司DC2000直流双驱动器并联运行装置(单台直流驱动器输出的电流2250A)，整流变压器、平波电抗器、测速编码器、DC 2000的12脉动运行直流调速控制柜组成的直流传动系统，应用于高温高压和0-60 r／min无级调速的汽车子午胎各种胶料炼胶生产。对直流传动系统中直流电机的要求是：启动转矩大，过载系数大，耐超负荷特性好，四象限运行。

8 h8 k7 b8 s3 n: W+ ^* L9 q由于种种原因，该设备在运行时，存在着三种故障。①电机在空负荷运行时会无缘无故停止运行(显示通信故障)；②设备在自动运行时调速电位器如果旋转到零速时电机会不受控制反转；③在炼胶负载较大时会停机。为了解决以上存在问题，我们尝试用西门子全数字直流调速装置和技术进行改造。
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1 改造后电气传动系统构成

我们采用SIEMENS公司SIMOREG全数字直流调速装置和技术，利用原系统的整流变压器、平波电抗器、主开关、测速编码器、功率单元与原有的系统正确连接和兼容，适应生产工艺负荷的大范围变化。
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4 R, u& n& m: n# m1.1 主回路的构成
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  v* b: {' `$ }1 i5 s8 n由于本系统为大容量变流装置，为了减轻对电网的干扰，特别是减轻高次谐波对电网的影响，采用了十二相变流线路。一台三相三绕组变压器，其次级的一个绕组接成星形，作为主机电源；另一个绕组接成三角形，作为从机电源，共同构成了本系统的主回路，即由两组三相桥并联组成十二相变流电路，共同给电机供电。
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# j( @+ R6 u% X! u1.2 触发系统及控制过程

采用两套6日A70可逆全数字直流调速装置，分别构成主、从机的控制核心，对两套可逆功率部分分别进行触发控制，我们采用了四象限的SIMOREG 6RA 70装置，励磁回路采用单相半控桥，装置的额定励磁电流为50 A，电枢不口励磁回路所有的调节和传动控制功能通过两台高效能的微处理器实现，调节功能在软件中通过参数构成的程序模块来实现。

(1) 转速给定值：转速给定值分为手动和自动两种方式，均为模拟量给定4-20 mA信号，对应0-100％给定值，100％给定值对应电机最大转速，自动给定值的大小由上位机的原料配方决定。
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( n- p/ z( b3 w+ }2 @. L9 B(2) 转速实际值：由600脉；中／转脉冲编码器实现。
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(3) 电流调节器：电流调节器是具有相互独立设定的P(放大值)和调节时间的P，调节器。P或I部分可被切断(纯粹的P调节器或I调节器)。电流实际值通过三相交流侧的电流互感器检测，经负载电阻，整流，再经模拟、数字变换后送电流调节器。电流限幅器的输出作为电流给定值。电流调节器的输出为触发装置的控制角，同时作用于触发装置的还有预控制器。电流调节回路的预控制器用于改善调节系统的动态响应，电流调节电路中的允许上升时间范围为6-9 ms。预控制与电流给定值和电机的EMF有关，并确保在电流连续和断续状态或转矩改变符号时所要求的触发角的快速变化。
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8 i; X8 L+ ?  E/ ]' a8 n(4) 电流限幅：在转矩限幅器之后的可调电流限幅器用来保扩整流装置电机。最小设定值总是作为电流限幅。

(5) 由于我们采用的是四象限控制的装置，本身具有无环流控制逻辑，它与电流调节回路共同完成转矩改变符号时的逻辑控制。必要时可借助参数设定封锁一个转矩方向。
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; K* }9 Y3 J% K/ x% B& C(6) 优化过程：6日A70装置的自优化过程可支持调节器的设定，我们分别对主、从机进行了优化，达到了装置与电机之间的最佳匹配。
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$ B, ?8 m6 [: E4 X, W9 m; X4 E' t(7) 主从通讯采用6RA 70装置点对点接口2，在整流装置之间可进行下列数据交换：发送控制字和实际值、接收状态字和给定值。

. c5 Q2 w7 p  F9 ]/ ]1 x7 p& O2 负载特性
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. ^" h' [, U* Z* \9 ?% q为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在6RA 70装置中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接。转速调节器用于转速的抗扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅值决定允许的最大电流；电流调节器用于电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压扰动。双闭环调速系统的两个调节器一般采用P，调节器。这样，可以使系统获得良好的静、动态性能。所以，系统在启动和升速过程中，能够在电流受电机过载能力约束的调节下，表现出很快的动态跟随性；在减速过程中，由于主回路的可逆性，6RA 70装置的双闭环调速系统可以实现快速叵馈制动。
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) g- i4 P2 Z& C由于密炼机系统的负载为橡胶原材料及相关成分配方，密度大、特性软，因此决定了电气控制系统特?quot;软"的特点。由于优化功能和带载运行时的精调，使电气系统控制特性和负载特性达到了较好的匹配，使成品料的性能指标达到了工艺要求。
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8 o* M  w. i; ~' j9 R8 w3 结论

0 U  P) a7 r' ~经过近两个月的运行，证明了本系统有较好的稳定性与可靠性，采用这种通讯方式简单、实用、经济、使用操作方便，也说明了6RA 70装置用于密炼机系统控制是有效和可行的