ABB直流传动在水泥回转窑中的应用

1 ABB 直流传动 DCS800
ABB DCS800 是全数字传动装置，具有高性能 的速度和转 矩 控 制 功 能，可 以 满 足 快 速 响 应 和 控 制精度的要求。有电枢电流和磁场电流控制环节 的自优化功能，可大大简化调试步骤。
传动控制 装 置 主 要 由 进 线 交 流 接 触 器、抗 谐 波进线电抗器、励磁单元（ 包括内置式磁场或外置 式磁场） 、输 入 输 出 I / O 接 口 板、供 电 控 制 电 源 板，主控制板等； 装置电子线路板均用化学涂层保 护。
CDP312 控制盘提供了下列信息和功能： 参数 的设置和存储，参数的上装和下装，给定和实际值 的显示，应用程序的修改，状态信息和故障记录器 内容的显示和完成本地和远程操作切换控制。
2 直流传动 DCS800 控制柜技术性能
直流调速控制柜具有集中控制（ 即由中央控 制计算机（ DCS） 进行远程控制） 和机旁控制（ 即在 直流调速控制柜上开、停电动机） 功能。具有交流 电源电压、电枢电压、电枢电流和励磁电流显示功 能，有选择转换开关： “A 柜—B 柜”，有励磁停止 / 启动按钮，电枢停止 / 启动按钮，故障复位按钮，有 指示灯状态显示： 励磁分闸 / 合闸指示，电枢分闸 / 合闸指示，DCS800 故障报警指示。能给出励磁回 路备妥信号（ 上电准备） ，主回路备妥信号（ 允许启 动） 和备妥信号（ 外部连锁正常允许运行） 。控制 柜接收计算机速度给定信号 4 ～ 20 mA DC 即可控 制回转窑速度。
电路 DC94L01 组成，主时钟频率为 16 MHz。专用 集成电路主要完成与控制盘及励磁单元的通信， 通信协议均为 RS485； 有测量、监控功能； 看门狗 功能、模拟 / 数字和数字 / 模拟转换控制； 其具有产 生晶闸管 触 发 脉 冲 等 测 量 及 控 制 功 能。 控 制 板 SDCS-CON-4 有一个集成 DDCS（ 数字传动控制系 统） 通道，传输速率达到 4 Mb / s。这个通道（ V260） 可以连接区域总线适配器，X16 端子的 4# 和 5# 提 供适配器电源。
按启动按钮，此时直流模块（ DO6） 发出 RDY RUNING 装置运行信号，此时用电位器给定速度 控制 信 号，电 动 机 启 动，这 时 可 用 ABB 控 制 盘 CDP312 或笔记本电脑上的 ABB 调试工具监视电 动机电枢电流，开始调试时直流装置电流要限制， 根据窑启 动 情 况，设 定 适 当 电 流 限 制 值。 根 据 窑 负载情况，设 定 启 动 时 间。 水 泥 窑 启 动 后 在 控 制 柜及 DCS 显示屏上均有正常信号显示。按停止按 钮，直流模块 触 发 信 号 封 锁，电 动 机 自 由 停 车，但 励磁正常。运行信号消失； 此时再次按启动按钮， 装置可重 新 运 行。 按 分 闸 按 钮，主 进 线 空 气 开 关 断开，励磁接触器、模块风机及电动机风机接触器 均断开。
收稿日期： 2010-05-17； 修改稿收到日期： 2010-06-18 作者简介： 王凤利 （ 1965-） ，男，河北滦县人，高级工程师，主要从事自动化系统及电化》2010 年 S2
1 200 V，变流器采用直流输出，电流范围为 20 ～ 5 200 A。在此电流范围内，其功率器件均为即不 串联也不并联的单个晶闸管。这样极大提高了变 流器功率 部 分 的 带 载 能 力，同 时 运 行 可 靠。 DCS800 变流器示意图如图 2 所示。
控制板 SDCS-CON-4 还具有 8 路非隔离的数 字输入、4 路继电器输出、3 路光耦隔离输出、5 路 模拟输入，1 路模拟测速机接口，1 路码盘接口、2 路模拟输出及 1 路电动机电枢实际电流值输出。 1. 2 电源板 SDCS-POW-4
该电源板是为 DCS800 变流器模块设计的，用 来为主控板和 I /O 接口板提供全部所需的直流电 压。选择输入电压为 230 VAC。 1. 3 功率单元
2 个模拟量输入口，2 个模拟量输出口。 1. 7 基本软件功能
变流器软件分为两大部分： 传动控制和转矩 控制 。传动控制可从外部信号源接收速度或转矩 给定，然后，通过处理这个信号可将转矩给定提供 给电流调 节 器。 转 矩 控 制 是 控 制 电 枢 电 流、磁 场 电流和电势 EMF 的。电枢和磁场电流的自动 / 手 动优化功能，可以简化调试过程，并使调试步骤灵 活简便。传动控制和转矩控制如图 3 所示。
（ 2） 变流器： 变流器内部温度的监测、报警和 相关处理。
（ 3） 供电电源： 主供电电源欠压，辅助供电欠 压，供电电源相序错误的监测、报警和相关处理。
（ 4） 变流器的基本保护功能有紧急停车和防 止意外启动功能，有一个故障记录存储器，能实时 记录多达 100 个故障信息状态。 1. 9 传动控制盘 CDP 312
直流模块（ DI1） 检查风机及电动机风机接触器应 答 信 号，若 无，发 出 故 障 信 号 （ DO7 ） ； 若 正 常 （ DO2） 发出励磁合闸命令，励磁接触器吸合，在 6 s 内，直流模块通过串行通信检测励磁工作情况，若 励磁电流正常，即进线励磁电源、电动机励磁线圈 及励磁单元正常，直流模块（ DO5） 发出励磁电源 正常信号，同时（ DO8） 发出主进线空气开关合闸 信号； 若励磁故障，发出故障信号（ DO7） 。同时直 流模块（ DI3） 检查主进线空气开关应答信号，若 无，发出故障信号（ DO7） ，若正常，直流模块随后 检测主进线电源缺相情况、电源同步情况、电源欠 压及过压情况，无问题，直流模块（ DO3） 发出 RDY RUN 备妥信号，装置正常，允许启动运行。 3. 3 运行控制操作
功率单元由 6 个晶闸管全控桥组构成。 1. 4 功率接口板
该接口板的组成及包括的功能： 为可选件提 供电源。具有电枢晶闸管桥的控制检测及集成励 磁单元回 路 的 控 制、励 磁 电 流 的 测 量。 有 电 枢 回 路接口，此接口具有触发 6 脉冲或 12 脉冲的晶闸 管功能，具有直流和交流电压的高阻抗测量，其电
传动控制
给定 处理
速度 测量
速度 & EMF 测量
保护和检测功能 数据和故障记录器
转矩控制
转矩给定
电枢电 流控制
给定处理
磁场电 流控制
EMF控制
顺序控制
图 3 传动控制和转矩控制
基本软件包括： （ 1） 磁场控制。具有数字励磁 单元的处理，自动弱磁，自动 / 手动磁场换向功能； （ 2） EMF 控制。可以内部速度给定设定（ 增大 / 减 小） ，速度监控和速度反馈的处理，可调的斜坡发 生器，速度给定积分器及速度调节器。（ 3） 传动逻 辑。具有顺序控制，远程 / 本地操作控制，紧急停 车控制，机械制动控制和动态制动控制。（ 4） 转矩 控制，具有电 流 给 定 处 理，电 流 调 节 器 控 制，磁 场
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流测量的交流电流互感器接口和散热器上的电阻 一起构成晶闸管保护的吸收回路和 PTC 电阻一起 构成散热 器 温 度 保 护 电 路 接 口。 有 励 磁 接 口，它 触发励磁的三相半控桥，有直流励磁电流的测量， 对于不同额 定 电 动 机 励 磁 电 流，能 自 动 选 择 换 算 因子，具有吸收回路和电枢晶闸管桥共享功能。 1. 5 数字 I / O 接口板 SDCS-IOB-23
DCS800 变流器单元采用具有多种保护特性 的晶闸管全 控 桥，采 用 晶 闸 管 三 相 全 控 桥 反 并 联 逻辑无环流结构，是六脉冲，二象限或四象限桥式 电路。标准变流器由主控制板、供电电源板、晶闸 管元件或晶闸管桥组、功率板、功率单元温度检测 器件、输入 输 出 接 口 板 和 散 热 风 机 等 单 元 构 成。 均采用通用 的 电 动 机 控 制 板，这 样 减 少 了 备 件 的 数量。如此高标准化程度的硬件使得工程设计得 以简化，同时可以满足实际工程应用的各种需求。 传动控制装置的交流供电电压为三相交流 230 ～
水泥回转窑
窑托辊
窑驱动盘
窑托辊
减速器驱动盘 减速器 直流电机
图 1 水泥回转窑示意图
宁夏赛马（ 银川） 水泥有限公司有 2 500 t 干法 水泥回转窑 1 座，由冶金自动化研究设计院设计 电控 装 置，设 计 有 直 流 电 动 机 一 台，型 号 ZSN4355-092，功率 355 kW，电枢电压 440 VDC ，控制装 置配置为进线柜两面，直流调速传动柜两面，切换 柜一面，控 制 操 作 全 部 一 用 一 备，为 冗 余 安 全 配 置，其主要参数如下为： 额定功率 355 kW，额定转 速 1 000 r / min，额定电压 440 V，额定电流 764 A， 励磁功率 4 000 W，励磁电压 180 V，励磁电流 22. 2 A，启动转矩 2. 5 倍。测速发电机型号 ZYS-100A，
数字 I / O 接口板安装在变流器模块外，该板 覆盖控制板 CON-4 中内含的数字 I / O 口。该板有 8 个数字输入端和 8 个数字输出端。输入端可对 输入信号进行滤波，并将输入信号电隔离，输入电 压值可通过电阻进行选择。输出端包括 6 个继电 器输出和 2 个光耦隔离输出。当输入输出为高电 平时，相应的指示灯闪亮。 1. 6 模拟扩展接口板 RAIO-01
《冶金自动化》2010 年 S2
ABB 直流传动在水泥回转窑中的应用
王凤利1 ，韩 露1 ，孔瑞平2 ，徐 锋1
（ 1. 冶金自动化研究设计院 混合流程工业自动化系统及装备技术国家重点实验室， 北京 100071； 2. 北京金自天正智能控制股份有限公司）
摘要： 介绍水泥回转窑驱动的特点，详细论述了 ABB 直流传动 DCS800 系列全数字化控制装置特点、软硬件组成 及原理，描述了直流传动控制系统在宁夏赛马（ 银川） 水泥有限公司的 2 500 t 干法水泥生产线中水泥回转窑传 动驱动的控制方法及操作功能。 关键词： 传动； DCS800； 输入； 输出； 运行
3 传动控制柜操作说明