ABB數字式直流傳動裝置調試工法

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》是中國十七冶集團有限公司完成的工程建設類施工工法；完成人是金仁才、董偉、張賽、蔣永輝；該工法適用範圍較廣，如SIEMENS公司的6RA70系列、ANSALDO公司的SILOPAC DSPDM系列、SCHNEIDER公司的RTV系列等產品。由於系統構成原理相同，儘管各產品的參數名稱、參數設定方法及其連線方式各有不同，但只要按直流調速系統的原理來設定、連線這些參數並依照該工法進行調試，可以滿足系統要求。

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》主要特點是：以ABB公司的DCS系列直流傳動設備為對象，介紹調試該類裝置的方法和具體步驟；提出了調試中易出現的問題以及解決這些問題的方法，有較強的適用性。

2011年9月30日，《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：ABB數字式直流傳動裝置調試工法
• 工法編號：YJGF63-2002
• 類別：工程建設類
• 完成單位：中國十七冶集團有限公司
• 主要完成人：金仁才、董偉、張賽、蔣永輝
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

隨著數位技術的飛速發展，全數字直流傳動裝置在工業生產中的套用已越來越廣泛，從發展趨勢看，全數字式變頻器有取代全數字直流裝置的趨勢。但直流傳動裝置的高穩態精度和優良的動態回響性能使其在傳動領域仍占有一定的地位，在冶金連軋系統、水泥迴轉窯傳動系統等以來仍有廣泛的使用。因此重新制定直流調速裝置的調試工法是有價值的，對節約勞動力資源、提高調試效率、降低工程成該以及確保工程的調試質量等都具有意義。中國十七冶集團有限公司在工程實踐基礎上，完成了《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》。

工法特點

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》特點如下：

1、該調試工法是以ABB公司的DCS系列直流傳動設備為對象，詳細介紹了調試這類裝置的方法和具體步驟，適用性強。

2、提出了調試中易出現的問題以及解決這些問題的方法。

3、該工法具有較強的通用性。

操作原理

適用範圍

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》適用範圍較廣，如SIEMENS公司的6RA70系列、ANSALDO公司的SILOPAC D SPDM系列、SCHNEIDER公司的RTV系列等產品。由於系統構成原理相同，儘管各產品的參數名稱、參數設定方法及其連線方式各有不同，但只要按直流調速系統的原理來設定、連線這些參數並依照該工法進行調試，一般來說是可以滿足系統要求的。

工藝原理

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》工藝原理如下：

依據雙閉環直流調速系統的原理，及全數字控制技術，並在充分理解產品說明書的基礎上，介紹裝置調試的方法和具體步驟。特別在針對不同工況下，使用手動調節功能設定參數方面有所創新，可獲得最佳的電流、速度回響曲線，以滿足不同負載和工藝對調試系統的要求，縮短調試時間。

工藝流程

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》的工藝流程如下：

斷電測試→通電測試→檢查應用程式→檢查勵磁電流→電流調節器的自調整→變流器試運行→系統穩定性調試。

操作要點

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》操作要點包括：

一、斷電測試

1、安裝檢查

根據電氣安全標準和產品安裝說明，檢查設備的電氣及機械安裝情況具體為以下幾點:

（1）保護地（PE）及擬制干擾地（TE）的連線；

（2）電源電纜的連線；

（3）急停電路電纜的連線；

（4）防止錯誤啟動電纜的連線；

（5）電機電纜的連線（電樞迴路和勵磁迴路）；

（6）測速發電機或編碼器的連線；

（7）實際套用中其他可能的連線；

（8）檢查櫃體的清潔狀況；

（9）清理櫃體頂部安裝時可能剩下的電纜的碎頭。

2、測量絕緣電阻

絕緣電阻值應為

註：R=絕緣電阻的最小值，U_N=標稱的電源電壓（U_E/1000伏）。

具體測量部位為：

（1）+極電纜——PE（1000伏檔）；

（2）-極電纜——PE（1000伏檔）；

（3）電樞電纜——勵磁電纜（500伏檔）；

（4）磁場+極電纜——PE（500伏檔）；

（5）磁場-極電纜——PE（500伏檔）。

3、跳線設定

根據不同的裝置以及各自不同的套用，其跳線的設定不盡相同，有的區別很大，但通電前必須正確地設定跳線。需要設定的部件主要為：控制板（通常不要改變出廠設定）、功率板、I/O接口板。

二、通電測試

首先注意防止意外啟動，安全的方法是斷閘與主接觸器控制電路的連線。

1、接通電源

測量電源電壓和相序，確保電源與裝置的額定值相符。接通電源順序：

（1）閉合主接觸器的電源；

（2）接通控制板的輔助電源；

（3）接通勵磁部分電源，在勵磁變壓器的二次側測量勵磁電壓；

（4）閉合裝置（DCS500）的斷路器；

（5）閉合電機風機的電源。

以上的開關閉合順序不是必須的，關鍵是防止電機由於有剩磁而引起飛車。

2、參數的設定

使用CMT（DCS500工具軟體）或DCS500的控制盤設定參數，裝置的運行依靠這些參數值和功能塊的輸入值，檢查並設定參數以及功能塊的連線狀況。參數和功能塊的輸入值均被保存在EPROM中，當使用PC監控軟體時，他們亦被保存在PC中。根據不同的套用可以設定以下參數和連線點：

（1）變流器的標稱值。檢查以下信號是否與變流器的額定銘牌相符：I（10509），U（10511），QUADR TYPE（10514）。

（2）電源的標稱值。設定電源的標稱電壓值（單位為伏），U SUPPLY（507），檢查電源的相序（506）應為：2即PHASE SEQ CW（506）=2為順相序R-S-T，如果用506改變相序，則需要檢查一下風機的相序。

（3）電機的標稱值。為使裝置（DCS500）的控制程式可以正常工作，應設定正確的電機數據，如UMOTN V（501），I MOTN A（502）其預設值就是變流器裝置的標稱值。

（4）勵磁參數。設定電機的標稱勵磁電流I MOT FIELDN A（503）（其單位是0.01安），FEXCSEL（505）用於勵磁單元類型和應答信號的匹配。如果採用弱磁，還需設定以下參數：EMF REF SEL（1005）EMF給定選擇，0=用參數LOCAL EMF REF（1006）選擇，1=用信號EMF REF（1003）選擇；EMF給定值有：1006及FIELD WEAK POINT（1012）弱磁起始點。

（5）速度反饋。根據套用設定速度換算比例，換算單位為0.1轉/分鐘：

SPEED SCALING（2103）

SPEED SCALING=

註：V_max=線速度（米/分鐘），i=齒輪比，d=直徑（米）.

選擇速度反饋模式：SPEED MEAS MODE（2102）

0=通道A：速度的上升沿；通道B：方向（使用ENCODER）；

1=通道A：速度的上升沿和下降沿；通道B：不使用（使用ENCODER）_；

2=通道A：速度的上升沿和下降沿；通道B：方向（使用ENCODER）；

3=使用信號的所有沿（使用ENCODER）；

4=使用AI通道的AITAC（使用測速機模擬信號）；

5=使用EMF計算實際速度。

輸入信號類型的選擇：AITAC CONV MODE（101）

3=測速機的電壓-10伏~+10伏（輸出為電壓型）

速度給定的限幅值設定：正限幅SPEEDMAX（1715），負限幅SPEEDMIN（1716）.

（6）電流極限。在試運行之前，超速極限和電流極限必須設定得儘可能小，以後可以根據實際套用再調整它們的值。

正限幅ARM CUR LIM P（2307）=，

負限幅ARM CUR LIM N（2308）=（對DCS500這些值均為其額定的相對值）。

註：I_dmax=電流極限實際值，I_A=電機的額定電流值（由502定義）。

（7）跳閘極限

用以下參數設定電樞的過流極限，單位是％（變流器額定值）：

ARM OVERCURR LEV（512）；

用以下參數設定電樞的過壓極限，單位是％（電樞電壓額定值）：

ARM OVERCURR LEV（511）；

用以下參數設定電機的超速極限：

OVERSPEED LIMIT（2204）=（電機允許的最大速度轉/分鐘 / 電機的標稱速度轉/分鐘）X20000。

注意：如果使用測速機，必須在標稱速度和超速極限間為AITAC的換算提供足夠的裕量，以使超速極限低於AITAC的最大值（例如AITAC的8V=20000）_。

設定磁場的過流極限：

F1 OVERCURR L（1306），該參數的表達形式和電樞是相同的。

設定最小勵磁電流的跳閘極限：

F1 CURRGTMIN L（1305），該參數的表達形式和電樞是相同的。

（8）接地故障監測。當傳動裝置使用接地故障檢測時必須通過參數EARTH.CUR SEL（514）將其激活，接地故障參數有：跳閘值設定EARTH.FLT LEV（515）<A>，跳閘延時設定EARTH.FLT DLY（516）<0.001秒>。

（9）電機溫度測量。設定電機溫度監測（該項並非是必須的，有的系統就沒有電機的溫度測量），

①將輸入信號TEMP IN（1401）與功能塊相連AI2：OUT（10107）。

②將溫度感測器的類型和個數設定到參數AI2：CONV MODE（107）中，3=1XPT100（℃），6=PTC（Ω）且使用SDCS-IOB-3板。

③檢查SDCS-IOB-X板的跳線。另外還有溫度報警參數（1402）設定、溫度跳閘值參數（1403）設定。

（10）電機堵轉保護。通過設定堵轉保護參數避免電機過熱，STALL.SEL（2205）=1。允許裝置低於STALL.SPEED（2206），而高於STALL.TORQUE（2207）的時間參數設定如下：

STALL.TIME（2208）<DEFAULT=10秒>；

STALL.SPEED（2206）<DEFAULT=50[標稱速度=20000]>；

STALL.TORQUE（2207）<DEFAULT=3000[電機標稱轉矩=4000]>。

三、檢查應用程式

根據應用程式檢查所有的輸入和輸出信號即DI、DO、Al、AO，保證轉動裝置正常工作，尤其要注意以下信號的檢查：（1）急停指令；（2）停機指令；（3）防止錯誤啟動指令；（4）其他可能的重要信號。

四、檢查勵磁電流

檢查期間應打開主接觸器，同時勵磁風機和變流器風機都在運行，特別注意風機的轉向是否正確。用電流表測量勵磁電流，檢查它與參數I MOT1 FIELDDN A（503）是否一致。

五、電流調節器的自調整

對數字式變流裝置我們要充分利用其電樞電流調節器的自調整功能，確保有一個相對較準的“初始參數”。首先斷開DSC500的主接觸器，然後設定參數：DRIVE MODE（1201）=3（電樞電流自調整功能激活），閉合DCS500的主接觸器並在20秒內啟動變流器。當參數DRIVE MODE（1201）的值返回零時自動調節功能完成，變流器自動停止。如果自調節出現錯誤則1201為-1，錯誤的原因可通過COM-MIS-STAT（11201）查看。斷開主接觸器，被最佳化的電樞電流調節器的參數：ARM CURR PI KP（407）、ARM CURR PI KI（408）、ARM CONT CURR LIM（409）、ARML（410）、ARM R（411）被保存起來。

六、變流器試運行

1、當變流器第一次啟動時，最好使用經過EMF換算的實際速度即設定SPEED MEAS MODE（2102）=5<EMF SPEED ACT>，設定速度給定為0，閉合主接觸器，啟動裝置並逐漸增加速度給定。並檢查以下狀態：

（1）運轉方向是否正確；

（2）測速機輸出與給定的極性是否對應；

（3）如果使用編碼器，檢查通過測量輸出信號TACHO PULSES（12104）得出脈衝波形。

2、確定速度反饋參數使其與所使用的速度反饋類型一致，即SPEED MEAS MODE（2102）<DE-FAULT=3>。

3.逐漸增加速度給定並檢查：

（1）用示波表檢查實際電流波形；

（2）用萬用表檢查實際電壓；

（3）檢查換相器及電機的軸承是否工作正常。

七、系統穩定性調試

1、在設定速度穩定性之前，電機的空載運行必須良好。穩定性是使單個傳動部分的工作儘可能地接近理想狀態，其目的不是使系統儘可能地快，只要其快速性能滿足工藝的要求即可，並且不與其他的控制環相衝突。

2、過快的控制會導致對機械系統不必要的壓力（衝擊），像由於齒輪間隙等問題，速度調節器不得不使用較小的比例增益和濾波常數。要使一個傳動系統正常運轉，穩定度是其先決條件，裝置必須在不同的負載條件下和在整個速度調節範圍內檢驗穩定性。通常在初始化階段，為了查看到在極小的負載和齒輪間隙中出現的問題，需要在非正常工作下整定穩定度，因此當加上實際負載時需要重新調整穩定度的參數值。

3.速度調節器的調節。在調整系統時，每改變一次參數，都要監視階躍回響的效果及可能的振盪，每個參數變化的效果必須在寬的範圍內檢驗，而不能僅局限在某一點。速度控制值的獲得主要取決於：一是電機功率和轉動慣量的關係，二是機械結構的齒輪間隙（濾波）。

以上的調試步驟及方法對一般的系統如高爐上料轉揚系統等的調試是足夠的。

八、操作注意事項

對於不同的負載、工況，如隨動系統其主要求是精度即穩態性能指標，例如對軋機壓下裝置其隨動系統的定位精度不低於0.01毫米，因此系統應具有較高的穩態性能；而像連軋機這樣的生產機械對抗干擾性能的要求就很高，如果動態速降（n）和擾動恢復時間較大則容易產生堆鋼和拉鋼現象造成事故，因此要求系統要有較高的快速性。要獲得滿足系統工藝要求的靜、動態回響特性，手動調節各調節器的參數是必要的。

1、電流調節器的手動調節

（1）設定調節參數：DRIVE MODE（1201）=4（電流調節器手動最佳化），TEST RELEASE（11208）=-1（解除封鎖），TEST REFSEL（11209）=1（電動給定器POT1值）；

（2）將示波表與模擬輸出（I/O-BOARD）連線，在不加勵磁時啟動變流器，通過POT1增加電流給定用示波表觀察實際電流波形直至電流連續為止，記下此電流的值即信號CON CURR ACT（10501）的值；

（3）斷開主接觸器，將10501的值梭定到ARM CONT CURR LIM（409）中，計算電機迴路的L和R將其設定到參數ARM L（410）和ARM R（411）中；

（4）將11209設為階躍，啟動變流器（無勵磁）根據不同系統的具體要求改變ARM CURR PI KP（407），ARM CURR PI KI（408）的值以得到最優的電流回響曲線；

（5）設定11208為0（手動調節封鎖），保存以上參數BACKUPSTOREMODE=1。

2、系統階躍回響（速度調節器）調試

（1）階躍回響實驗應在從最小轉速到最大轉速的不同的幾個點上進行，整個速度範圍都必須仔細測試，以便發現可能的振盪點，例如，可以每隔100轉/分鐘進行一次試驗。在具體的傳動系統中，不同的速度下回響的時間可能有些不同（由於摩擦力變化），大約在一半速度時可以試驗出合適的回響時間（在實際調試中可以首先使用速度控制環的最佳化功能，這樣亦能得到較好的回響效果）。

（2）階躍值可由輸入信號2002<STEP>給出，回響的結果可看STEP RESP（12003）。階躍回響值應在速度給定值的0.5%~5%，給定值太大或不正確的階躍值可能會損壞機械部分或者引起變流器跳閘。下面給出階躍回響的幾種波形供具體調試時參考，參見下圖：

系統的階躍回響波形

圖中參數說明：

A-欠補償，積分時間較短且比例增益較低；B-欠補償，積分時間較長且比例增益過低；C-正常；適宜於不要求有較好的動態特性；D-正常，適宜於要求有較好的動態特性；E-過補償，積分時間較短且比例增益較高；T1-要求的回響時間。

3、關於系統的細調，詳細說明如下：

（1）增加積分時間常數KI（2018）可以使階躍影響減小，首先給出上升的階躍如1%，當速度穩定時，再給出下降的階躍。

（2）增加比例增益KP（2014）的值直到速度回響值足夠為止。

（3）降低KI（2018）直到可以觀察到超調為止，此時可以調整積分時間常數，使其沒有超調或只有輕微的超調。因為積分的功能就是使由比例控制造成的給定值和實際值之間的偏差儘快地消除掉。

（4）如果要求系統穩定且允許高的比例增益，積分時間可以設定得短一些，此時階躍回響會過補償，如曲線E。當系統在某一階躍時達到了轉矩限幅TORQUE ACT（10503）=4000，那么就不能對回響做進一步的補償了。

總之在系統調試過程中參數的設定沒有最佳的方式，重要的是，在以上初選參數的基礎上要掌握參數改變對系統動態性能的變化趨勢，從而獲得調試的主動權，例如當要求系統回響更快些，而超調量大點無關緊要，那么KP就可以設定得更大些。

材料設備

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》無需特別說明的材料，工程中採用的主要設備、儀表見下表：

質量控制

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》的質量控制措施如下：

電氣及系統調試符合《調速電氣傳動系統第一部分：一般要求低壓直流調速電氣傳動系統額定值的規定》GB/T 12668.1-2002標準，以及《交流1000伏和直流1500伏以下低壓配電系統電氣安全防護檢測的試驗、測量或監控設備第二部分：絕緣電阻》GB/T 18216.1標準和《調速電氣傳動系統第3部分：產品的電磁兼容性標準及其特定的試驗方法》GB 12668.3-2003；而調速系統的諸如動、穩態性能等指標，在沒有具體的標準和規範情況下，必須滿足具體生產工藝對系統各性能指標的要求，從而為產品質量提供保證。

安全措施

調試單位採用《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》應注意制定的安全措施包括：

1、認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，根據國家有關規定、條例，結合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員參加的安全生產管理網路，執行安全生產責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產。

2、建立完善的調試安全保證體系，加強調試作業中的安全檢查，確保系統調試的標準化、規範化。

3、試車及空載試運轉時，做好安全警戒工作，無關人員禁止進入試車及調試區域，保證設備及人身安全。

4、安全事項：首先該工法的“斷電測試”部分的項目必須通過。儘管數字式變流器控制是由微處理器控制，故障檢測和裝置保護具有智慧型化，但必要的保護參數必須要設定正確以保護變流器和傳動系統不被損壞，如過流、過熱、超速、堵轉、電樞過壓等，以及由I/。板接收的必要的應答信號。因此可利用用戶手冊中的故障信息功能，及時快速地檢查和排除故障。

環保措施

調試單位採用《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》除了執行國家和當地相關環境保護法規和制度外，還應採取如下措施：

1、對全體參與調試員工進行環保教育，提高其環保意識，使其自覺遵守相關環境保護法規。

2、調試過程中做好文明施工及環境保護，安排專人回收現場垃圾及雜物，保持現場清潔。

效益分析

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》在幾個項目上套用，表明其具有一定的先進性和通用性，不僅使調試質量得到保證，而且能大大節省施工時間，減少勞動力的投入，為降低項目成該起到了一定的作用。更重要的是通過調試技術為企業在激烈競爭的市場上贏得了信譽，社會經濟效益顯著。

套用實例

《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》的套用實例：

萊蕪鋼鐵集團3號高爐上料系統是ABB公司的DCS傳動裝置，通過該法調試後滿足了工藝要求，運行正常。另外在泰鋼60萬噸不鏽鋼煉鋼工程鋼包迴轉系統配套的是ANSALDO公司的SPDM系列變流裝置，使用該法進行調試，經過幾次參數調整，系統的動態回響和靜態穩定度均滿足了工藝的要求（尤其該系統對準確停車要求較高）。通過幾項工程使用該工法調試的情況來看，效果好，縮短了調試、試車的時間，為工程的如期竣工提供了保障。

榮譽表彰

2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單（升級版）》，以建質[2011]154號檔案公布，《ABB數字式直流傳動裝置調試工法》被評定為中國國家二級工法。