毛孝云 祝令栋
福建三宝特钢有限公司 福建 漳州 363000
摘要：本文通过现场调查，对目前风冷线的风门调节技术进行了现状调查研究，分析了存在的主要问题，并主要从以下四个方面进行研究：变频器调速原理分析、变频器的选用、风冷线交流变频器参数设定和变频器的外部连接，同时总结了斯太尔摩风冷线变频调速节能技术的四个关键技术和三个技术特点。研究结果表明，斯太尔摩风冷线变频调速节能技术的研究满足高线厂实际生产的要求，预计每年直接经济效益近600万元。
关键词：斯太尔摩；风冷线；变频调速；高速线材；热轧
风冷线系统是现代高速线材生产线的重要组成部分，是高速线材生产线的特有设备[1-4]。我厂采用的风冷线是斯太尔摩控冷线，全长95.15米，分为11段，风冷线共有11台风机，风量190000m3/h，电机功率280KW/380V，采用传统的风门挡板调节方式来调节风量 ，目前来看主要有如下缺点：①控制设备多而且能耗大；②调节不方便；③产品质量不稳定。有时候甚至会造成产品性能无法保障，严重制约了产品有效成材率、合格率及新品种钢的开发[5-8]。斯太尔摩线是基于钢在冷却时组织的转变规律而设计出的一种控制冷却工艺，是目前控制线材组织性能的先进工艺设备，在线材生产中有着广泛的应用，其拥有高效的生产率以及以及产品良好的机械性能。因此，公司高线厂针对风冷线异常问题，成立了斯太尔摩风冷线变频调速技术研发小组，来研究斯太尔摩风冷线变频调速技术替代原有风门调节技术的可能性，实现满足控冷工艺的目的。
1 目前风门调节技术现状
近年来，我厂线材轧制速度达到90m/s，随着高线厂装备的升级改造，产量逐年增加，原风量调节方案如图 1所示，由图1可看出，电机不调速，风量调节靠调节风门的开度实现，风门开度一般在33％～80％之间，由于调节方式不合理，出现以下不利影响：(1)在轧制过程中，风机开度在33％～66％左右，风机运行效率低，能源浪费严重；(2)因轧制规格和品种更换频繁，风机启动相对频繁。现有的风机控制方式为先关闭风门再直接启动，启动过程长且电流大，经常有不能启动的现象。启动频繁时电流冲击大，对电网上其他设备干扰大；(3)因风门控制是采用 PLC给定风门开度(4～20mA模拟量)到伺服放大器，伺服放大器驱动执行机构控制风门开度，因此控制过程复杂，设备维护量大；(4)实际使用过程中，因模拟量信号抗干扰能力差，使实际风门开度很难达到预期效果，因此线材质量起伏不定。
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2 主要研究内容
鉴于原风量调节方式存在上述问题，不能满足控冷工艺要求，以至于在生产过程中出现了废品率增加，产品质量不稳定，不仅增加了生产成本，而且给我司的信誉和营销带来了负面影响，更不利于后续新品种钢的进一步开发，现有的风冷线控制技术不能满足生产工艺需求，为此高线厂斯太尔摩风冷线变频调速控制优化势在必行，主要研究内容如下。
2.1 变频器调速原理分析
异步电动机的转速方程是n=60f1/p(1-s)N是电机实际转速，f1是定子供电频率，p是极对数，s是转差率。三相异步电动机每相电压为u1=E=4.44f1W1kΦ （E是定子相电势，W1是定子绕组匝数，K是基波绕组系数，Φ是每极磁通系数。）
2.2 变频器的选用
风冷辊道控制工艺要求辊道电机运行速度稳定、响应快、转矩大，需使用高性能、耐用可靠的变频器。西门子变频器SIMOVERT MASTERDRIVES广泛应用于轧钢系统变频辊道电机控制，性能稳定，运行可靠。所以风冷线电气系统改造中的交流电机控制系统选用此变频器。
2.3 风冷线交流变频器参数设定
西门子变频器参数设置、操作、监控都通过PMU操作单元进行，它是装置的固定组成部分。参数设定包括出厂参数、简单参数、系统参数、补充和通讯设定等。
2.4 变频器的外部连接
变频器与风冷线PLC控制系统之间的数据通讯都是通过硬线连接实现的，PLC发出的分、合闸信号通过变频装置的X101：1、9端子接入，风冷线的速度设定是由地面站上电位器通过PLC的输入模块接入，经过处理再通过PLC的-10V－+10V模拟量输出接入变频器端子的X102：15、16，地面站的速度表显示直接通过变频器的输出端子X102：19、20接入。
3 关键技术
(1)主站PLC采用西门子 CPU 443-1DP ,增加CP443-5扩展通讯模块，实现变频器与主站PLC Profibus—DP通讯连接，过程控制采用分布式 I/O 点信号控制，具有PROFIBUS-DP总线接口，并配置与上位机通讯的网络模块，以满足系统控制的功能需要。
(2)实时监控HMI功能的设计,风冷区人机界面( HMI)采用西门子Wincc软件系统实时监控，操作人员可实时操控和监视风机运行状态。HMI 监控画面用西门子的WinCC软件开发，共6幅，主要有以下功能。风机运行状态监测，变频器频率给定、运行系数、电机电流监测、风机分合闸，风量实时监控，控冷温度曲线跟踪。
(3)通过PROFIBUS-DP连接到各个站点,应用可编程控制器PLC控制并链接以太网，进行程序设计、下载，完成风冷区280KW风冷电机变频技术应用、实现变频调速的稳定性、可靠性，风量控制的准确性。
(4)设备关键部位的技术改造,变频器与风冷线PLC控制系统之间的数据通讯通过DP网连接，PLC发出的分、合闸信号通过变频装置的X1O1：1、9端子接入，风冷风机的频率设定有人机界面Wincc系统输入，通过PLC程序设计执行频率给定命令实时采集，跟踪轧制工艺需求调节频率实现风冷线控冷，反馈到上位机Wincc画面进行实时监控、参数修改。
4 技术特点
(1)应用DP网络技术：通过该技术的应用, 现场所有检测执行元件 I/O集成到远程ET200站内,再有远程站进行信号传输到主CPU443-1内，新增的ET200站主要用于对变频器的启停联锁控制和风量给定。
(2)变频器控制系统程序优化：变频器采用施耐德 ATV61型变频器，配置施耐德进线和输出电抗器，每台变频器柜带一块施耐德 Profibus—DP通信板，实现变频器与PLC的网络连接，根据轧制工艺要求，设置不同规格时风机风量的使用及变频器频率给定，实现控冷控轧工艺需求；
(3)实时监控功能：HMI根据相应冷却程序设计，以 0～100％形式设定风量，风量设定值下传到PLC后，PLC将其转换成变频器频率给定值，经 Profibus—DP网传送给变频器，同时变频器输出频率和故障显示在HMI上，方便操作人员及时掌握变频器运行状况。变频器自身保护功能完善，与原控制方式相比，保护功能多，灵敏可靠，加强对电机的保护，风量调节灵活准确，操作方便，控制精度高，响应速度快，系统工作平稳，保证了产品质量。
5 结论
通过变频调速技术达到了精准控制风量的目的，提升了产品成材率，更好的控制了产品性能，有效保障了新品种钢开发控冷工艺，确保了项目的正确应用。产量可提升1000吨/月，按目前市场利润500元/吨计算，月收益1000吨/月×500元/吨＝50万，年利润50万×12月＝600万，经济收入可观。
参考文献
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[作者简介：毛孝云(1984-)，男，江西赣州人，汉族，中专，从事轧钢工艺技术， ]