軟啟動器在冷剪控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 前言
冷剪是棒材生產(chǎn)線上必不可少的設(shè)備，在連續(xù)剪切線上，由于對冷剪定位控制的實時性和精確性要求非常高，通常情況下采用變頻器或直流調(diào)速裝置進行控制；對于使用定尺機完成棒材組長度定位的生產(chǎn)線來說，由于要等到棒材組在輥道上完全停止后才進行剪切，對冷剪定位控制的實時性和精確性不要求非常高，這時對交流電機可考慮使用軟啟動器控制，設(shè)備投資大大減少。
2 軟啟動器概述
軟起動器是電力電子技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其電路原理如圖1所示。將三組反并聯(lián)晶閘管串接于供電電源與被控電機之間。起動時，由電子電路控制晶閘管的導(dǎo)通角，使電機的端電壓逐漸增大，直至全電壓，使電機實現(xiàn)無沖擊軟起動；停機時，則控制晶閘管的關(guān)斷速度，使電機的端電壓由全電壓逐漸下降至零，實現(xiàn)軟停車，可見，軟起動器實際上是一個晶閘管交流調(diào)壓器。改變晶閘管的觸發(fā)角，就可調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓。在整個起動過程中，軟起動器的輸出是一個平滑的升壓過程（且可具有限流功能），直到晶閘管全導(dǎo)通，電機在額定電壓下工作。
圖1是CMC－S系列軟啟動器產(chǎn)品的原理圖，圖中的元件如下：E1：電路板；F6：溫度監(jiān)視器；J1–J3：連接端子；K4：繼電器，在運行狀態(tài)時動作；K5：繼電器，在全壓狀態(tài)時(Ue=100%)動作；K6：繼電器，故障信號；T2：電流互感器；T5：控制變壓器；V1–V6：晶閘管；X1–X3：端子板。另外，根據(jù)功率范圍，還有兩組或三組風(fēng)扇作為標準配置。根據(jù)不同的應(yīng)用要求，還可選擇過載保護器。在圖1中，V2、V4、V6三只晶閘管依次對應(yīng)于U、V、W三相電源的正半周，開通角α相同，故三相的觸發(fā)脈沖應(yīng)依次相差120º；每相的正、負半周依次分別由反并聯(lián)的兩只晶閘管觸發(fā)控制，所以同一相的兩個反并聯(lián)晶閘管觸發(fā)脈沖應(yīng)相差180º，觸發(fā)順序是V2、V5、V4、V1、V6、V3，依次相差60º。

圖1 軟啟動器原理框圖
3 控制原理及軟件實現(xiàn)
3．1 軟起動器的上電與起動控制
軟起動器控制回路如圖2所示。操作員首先手動合上開關(guān)Q50，如果沒有過載等故障并且熔絲F40正常，K51將吸合，給PLC發(fā)出“上電準備好”信號，此時操作員可以在HMI畫面上給出上電命令，K51將吸合，從而K10吸合，給PLC發(fā)出“上電完成”信號，完成上電操作。
起動時，操作員從操作臺上按下起動按鈕，電機按設(shè)定的起動時間從低速起動至設(shè)定值，給PLC發(fā)出“運行”信號。抱閘風(fēng)機也與主電機同時起動。為了保護電機和機械設(shè)備，除了必須收到“上電完成”信號，還必須滿足以下條件：無急停連鎖；潤滑油泵運行；潤滑壓力達到規(guī)定值；干油泵運行；空氣壓力達到規(guī)定值。

圖2 控制回路原理圖
3．2 軟起動器的參數(shù)設(shè)置
軟起動器上電后，需對其有關(guān)參數(shù)進行設(shè)定。對于PSD型軟起動器來說，主要參數(shù)及其設(shè)定范圍如下：
(1) 起動時升壓時間：0.5~60s。
(2) 起動時初始電壓：10~60%電源電壓。
(3) 限流功能：2～5倍電機額定電流。
(4) 停止時降壓時間：0~30s。軟起動器在得到停止信號后，按照設(shè)定的降壓時間，輸出端由設(shè)定的級落電壓(100%~30%的電源電壓)降至初始電壓，然后即刻降到零電壓。
3．3 冷剪的剪切控制
剪切控制實質(zhì)上是抱閘和離合器的控制。抱閘和離合器分別由一個單向氣動電磁閥控制，其控制原理如圖3所示。PLC給出剪切指令的同時給出抱閘打開指令，0.5秒后離合器插入以進行剪切；當(dāng)檢測到剪刃閉合接近開關(guān)后，延時0.61秒(剪刃從閉合位置到原始位置所需的時間)，剪切指令取消，離合器移出，延時0.2秒后抱閘鎖緊。在圖3中，離合器插入指令給出的同時再次給出抱閘打開指令，以確保剪切期間抱閘是打開的。
剪切指令的給出：當(dāng)鋼頭部到達定尺機擋板后，輥道停止，如果下列條件滿足，則給出剪切指令：軟啟動器運行；抱閘風(fēng)機運行；無急停連鎖；潤滑壓力達到規(guī)定值；干油泵運行；空氣壓力達到規(guī)定值；上下剪刃鎖緊；切頭擋板在上位；尾部清理設(shè)備在后退位置。切頭時，鋼頭部到達切頭擋板位置即停止，然后開始剪切。所有剪切也可從操作臺手動完成，聯(lián)鎖條件同上。

圖3 抱閘和離合器控制原理圖
4 應(yīng)用效果
該軟啟動器具有堅固的金屬外殼設(shè)計，可適用各類應(yīng)用，包括常規(guī)啟動和重載啟動；在前面板上可進行柔性組合的電位器式參數(shù)設(shè)定， 并配備清晰的LED狀況與故障指示；電子過載保護脫扣器為電機提供比常規(guī)雙金屬片更有效的保護。
對于冷剪來說，由于無需反轉(zhuǎn)、旁路等控制，而且上電、起動、抱閘和離合器的控制均由PLC完成，控制回路極其簡單。生產(chǎn)運行表明，采用軟啟動器控制冷剪是一種非常經(jīng)濟、實用的方法，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。