艾默生CT变频器冶金行业大规模应用案例集锦
    鞍山新和电气有限公司 王俊芳
    摘 要：本文解析艾默生CT变频器在冶金行业的规模化应用。根据不同的工艺要求采用不同的控制方式来满足现场需求，体现艾默生CT变频器有着广泛的应用领域和较强的适用性。
    关键词：EV2000 TD3000 EV3000 EV3500 冶金行业 变频器
   
    1 引言
    中国是世界级的钢铁大国。中国连续多年的3亿多吨世界第一的钢产量，为改革开放时代的国民经济建设作出了支柱性的巨大贡献。进入“十五”国民经济发展规划以来，中国迎来重化工行业的优质高速发展时期。冶金行业做为自动化技术与电气动力驱动密集产业，变频传动技术应用具有重要的产业进步意义。
    2 80万吨球团生产线案例
    2.1 应用背景
    鞍山宝得钢铁有限公司是以型材为主导产品的大型钢铁联合企业。宝得钢铁拥有炼铁、炼钢、烧结、轧钢、制氧五个分厂,年产铁、钢各120万吨，钢材60万吨。为适应市场需求扩大自身规模又新建80万吨/年球团生产线工程。新建的球团工程项目的主体设备采用艾默生CT变频器作核心主驱动系统，与西门子自动化S7-400PLC相结合，形成完整的控制驱动系统。
    2.2方案确定
    项目采用DCS系统与现场控制两种操控方式，在整个系统中控制方式简洁但对变频器的矢量控制性能要求很高。在给回转窑主电机配置变频器的时候，与用户沟通得到电机参数，额定功率＝250KW ， 额定电流=526A，瞬时最大过载能力为180﹪。考虑主体设备运行的重要性并且必须达到用户的技术指标要求，最后选定EV3500-4T3150P变频器作为回转窑电机的主驱动。
    2.3 工序设备简介
    回转窑结构简单，生产过程控制方便可靠、易损件少、运转率高，煅烧球团的主要设备。同时也广泛用于冶金、化工、建筑等行业。宝得80万吨/年球团生产线变频器配置如表1所示。
    表1 宝得80万吨/年球团生产线变频器配置
    名称 型号 数量 单位 驱动设备
    变频器 EV3000-4T0900G 2 台 罗茨风机
    变频器 EV3000-4T0300G 2 台 罗茨风机
    变频器 EV3000-4T0022G 6 台 脱料皮带称电机
    变频器 EV3000-4T0550G 1 台 链篦机电机
    变频器 EV3000-4T2000G 1 台 环冷主机
    变频器 EV3500-4T3150P 3 台 环冷风机
    变频器 EV3500-4T3150P 1 台 回转窑主机
    变频器 EV3000-4T0550G 2 台 回转窑助燃风机
   
    3 提钒工程炼钢区案例
    3.1 应用背景
    承钢提钒工程炼钢区域项目是承德钢厂新建的3个炼钢高炉，年产量为400万吨。扩大了主营产品在市场占有量，增强自身品牌的实力。艾默生CT EV3000、EV3500变频器大量的应用在承钢提钒工程炼钢区域中，为相关设备稳定运行保驾护航。
    3.2 EV3500变频器应用
    承钢提钒工程炼钢区域电气成套项目：1-4号氧枪高压供水泵采用艾黙生EV3500-4T4000P变频器4台，为炼钢供水属于重要设备。现场操作控制方式为SM-PROFIBUS-DP总线方式。在以前氧枪高压供水都采用高压电机来实现，故本次设计采用艾黙生EV3500变频器与低压变频电机配套使用。主要目的：用EV3500变频器与变频电机配套使用替代高压电机(因为高压电机驱动氧枪高压供水泵控制水压和扬程准确度不高)。
    （1）现场配置。变频器EV3500-4T4000P驱动355kW变频电机4台。辅助传动是西门子S7-400PLC并配置1台ET200远程I/O子站实现。系统配置为3用1备，采用SM-PROFIBUS-DP总线方式控制，无论机旁还是自动都经过上位机进行控制，操作方便简单。
    （2）变频器总线通讯控制方式设计。采用SM-PROFIBUS-DP通讯控制，实现无人看守操作，控制线路维护简单方便，故障率和故障点低，通过DP电缆满足对EV3500变频器的起停控制，变频器运行状态的反馈，远程故障复位等其它要求，并且充分利用EV3500通讯上的强大优势。针对控制方式的要求，对变频器柜进行如下设计：每台EV3500-4T4000P变频器由1个主模块控制3个SPMA1402 110/132kW 从模块。选配1个PROFIBUS总线接口模块。本系统采用的是siemens公司的S7系列PLC与艾默生CT EV3500变频器通讯，并提供相应的CTSP0672.GSD文件配置在上位机的应用程序中和sm_profibus_dp_user_guide.pdf文件，做为指令解析的对照表，与PROFIBUS总线接口模块之间进行通讯连接，通过上位机“控制字”的发送和对变频器“状态字”的读取来进行控制。
    艾默生CT变频器在承钢提钒工程炼钢区域电气成套项目大量的应用，体现了艾默生CT变频器从小功率单元到大功率模块式驱动的完备性，应用在冶金行业的各个环节上，艾默生CT变频器EV2000的其它应用如表2所示。
    表2 EV2000在转炉本体、铁水倒灌站、散装上料中部分变频器配置表
    名称 型号 数量 单位 驱动设备
    变频器 EV2000-4T0110G 2 台 转炉前档火门电机
    变频器 EV2000-4T0550G 3 台 转炉渣罐车
    变频器 EV2000-4T1100G 3 台 铁水罐走行电机
    变频器 EV2000-4T1320G 6 台 混铁车电机
    变频器 EV1000-4T0037G 70 台 给料电机
   
    4 TD3300张力专用变频器收放卷控制系统
    4.1 应用背景
    外商独资在建项目天津华璟金属材料有限公司计划投入8条连续式镀锌线，生产销售镀锌带钢及其它相关产品，成为全球最大镀锌窄带钢生产基地。天津华璟酸洗线成套项目的热轧板宽度为850mm,厚度2.75-5mm。系统对张力要求较高，采用TD3300张力专用变频器与EV3000矢量型变频器配合使用，在卷曲过程中获得恒定平稳的张力。这是艾默生CT变频器首次应用于大型热轧板卷曲张力开环系统中。现场操作控制方式为SM-PROFIBUS-DP总线方式，采用旋转编码器作为变频器的反馈准确计算卷径。采用总线控制方案，既提高控制系统的精度，又增强系统稳定性。
    4.2 方案设计
    （1）张力系统方案分析
    • 采用速度差建立张力系统（速度建张）的普通变频器虽然可以满足控制，但是张力值不准确，在实际工艺中驱动板材运行的张力辊和卷曲轴都是主动辊，对速度匹配要求极高，当速度出现偏差就会使板材出现褶皱或偏中，板材卷曲会出现松紧不一致，精度控制不稳。
    • 采用张力计检测系统张力，系统控制精度高，工艺全过程要求张力闭环控制，成本造价高，工艺繁琐，因此不被采用。
    • 零速建张力系统，在开始卷曲的同时建立起张力系统，有足够大的张力使板材之间绷紧，卷起板材全过程恒张力运行，通过SM-PROFIBUS-DP总线方式控制把张力辊AO1的线速度输出作为卷取机TD3300变频器的线速度输入。张力恒定速度匹配精准受到客户的高度认同，实现无人看守操作，控制线路维护简单方便。
    （2）酸洗线系统配置。艾黙生TD3300-4T1320G张力控制专用变频器与EV3000-4T0550G矢量控制变频器相匹配组成张力开环系统，TD3300用作系统开卷机和收卷机的驱动电机，EV3000作为系统主牵引部分。卷曲机和开卷机为变频电机并加装旋转编码器。辅助传动由西门子S7-400PLC并配置ET200远程I/O子站实现。SM-PROFIBUS-DP总线与艾默生CT总线适配器TDS-PA01通讯对变频器进行控制，操作方便控制精准。酸洗线系统配置如表3所示。
    表3 酸洗线变频器及相对应的电机配置
    名称 型号 数量 单位 驱动设备
    变频器 EV3000-4T0550G 2 台 2辊张力辊
    变频器 EV3000-4T0550G 2 台 5辊矫直机
    变频器 TD3300-4T1320G 2 台 卷曲电机
    变频器 TD3300-4T1320G 4 台 开卷电机
    变频器 EV3000-4T0450G 6 台 拉料辊电机
    变频器 EV3000-4T0900P 4 台 活套水平电机
    变频器 EV3000-4T0450P 4 台 槽内夹送辊电机
    变频器 EV3000-4T0900G 8 台 活套夹送电机
   
    （3）酸洗线工艺流程。酸洗线工艺流程描述：开卷机——五辊矫直——头部活套——拉料滚——酸洗槽——水洗槽——烘干——尾部活套——2辊张力滚——收卷机。酸洗线工艺流程如图1、图2 所示。
    图1 开卷机及头部活套工艺流程