日立SJ300变频器在高压铰链生产线中的应用

1、前言
    1+2/10KV交联机组是生产0.5—10KV的高压交联聚乙烯绝缘电缆的设备。裸线通过放卷、前牵引、内屏蔽包复、绝缘包复、外屏蔽包复、电加热水槽（工艺水温为60—130度）、计米印字、后牵引、收卷后成为高压交联聚乙烯绝缘电缆。整个生产工艺过程要求各个传动点具有极高的同步性、可靠性及稳定性。
2、系统基本构成及变频电气系统配置
1）、系统基本构成
1+2/10KV交联机组主要由：2500主动门式放线架或无轴放线架（两台）、800公斤气动履带牵引机（前牵引）、65/25内屏蔽挤出机（65机）、120/25绝缘挤出机（120机）、90/25外屏蔽挤出机（90机）、电加热循环冷却水箱、水槽、吹干装置、计米印字、1600公斤气动履带牵引机（后牵引）、2500门式收排线或无轴收线架（两台）。
主要技术参数
序号 项目 技术参数 序号 项目 技术参数
1 SJ65/25挤出机主电机 30KW 10 前牵引电机 5.5KW
2 SJ120/25挤出机主电机 75KW 11 后牵引电机 11KW
3 SJ90/25挤出机主电机 55KW 12 前牵引最大拉力 800㎏
4 SJ65/25挤出机温区 6区 13 后牵引最大拉力 1600㎏
5 SJ120/25挤出机温区 10区 14 裸线最大直径 20MM
6 SJ90/25挤出机温区 8区 15 生产线速度 5-50M/MIN
7 SJ65/25挤出机工艺温度 90-130度 16 水槽长度/温区 44M/6区
8 SJ120/25挤出机工艺温度 150-230度 17 水槽伸缩距离 0.5M
9 SJ90/25挤出机工艺温度 160-200度 18 收线盘规格 PN1250-2500
19 机组外形尺寸 87100*6000*3616（MM）（长/宽/高）
20 放线装置 放线电机3.7KW（门式）、升降电机1.1KW、开合电机1.1KW、横移电机1.1KW
21 收线装置 收线电机5.5KW（门式）、升降电机1.1KW、开合电机1.1KW、横移电机1.1KW
2）、变频电气系统配置
机组电机均采用380V普通三相交流异步电动机。变频器均采用原装进口日本日立工程型无速度传感器矢量控制SJ300系列变频器：前牵引为SJ300-055HFE，功率5.5KW；65机为SJ300-300HFE，功率30KW；120机为SJ300-750HFE，功率75KW；90机为SJ300-550HFE，功率55KW；后牵引为SJ300-110HFE，功率11KW。温度控制采用日本理化RKC智能型数字调节器RKC-CH402控制。联控同步控制采用我公司自行开发的TB-M/7系列同步控制器（可扩展出17路模拟同步信号）。另外各个挤出机螺杆转速显示仪表及计米器和线速度显示仪表，采用我公司生产的三位半数字表头和数字智能仪表。
机组电气控制系统由五台国标GGD电控柜构成：前后牵引同步控制柜、65内屏蔽挤出机加热调速控制柜、120绝缘挤出机加热调速控制柜、90外屏蔽挤出机加热调速控制柜、水箱水槽加热控制柜。
3、控制方案
根据高压交联聚乙烯绝缘电缆生产工艺要求，机组电气控制系统核心为：前后牵引之间的同步张力控制，各挤出机主机电机之间的同步运行比例控制，两台牵引与三台挤出机之间的同步及运行比例控制。
电气控制系统主控原理图如下：
 
                  1+2/10KV硅烷交联机组变频控制原理图
生产工艺要求系统能够实现每台变频器都具有手动单开、联控同步，而且在同步运行过程中，调节同步总给定电位器RP1时，各电机速度由低速到高速的运行比例一致。特别是前、后牵引速度完全按照事先设定好的比例运行，确保牵引速度由低速向高速变化时前后牵引间的拉线张力恒定（后牵引为主动牵引，前牵引为被动牵引）。若电机在由低速向高速变化时速度比例出现误差，则调节相对应的微调电位器RP2、RP3、RP4、RP5，消除误差，保证出线质量合格。
系统设有对机组生产线速度、计米，各电机运行电压、电流、频率，65机、120机、90机的螺杆转速，挤出机、水箱水槽等各个加热点的加热温度（共有30各加热点），等各项运行数据进行时实监控的功能。同时具有过载、漏电等各种完善的保护功能。
4、设备调试及运行
      按图纸配线要求连接各电柜与设备连线，确保接线正确。然后按照先空载单开-带载单开-空载联控-带载联控的调试流程进行。
1）、空载单开调试
A、 挤出机单机调试
    挤出机单机调试分两步即：加热温控调试和挤出机运行调试。
加热温控部分调试：合开电源前应用万用表检查三相电源是否正常，正常后合上电源。转动正面操作面板上机身、机头电源“转换”开关，面板上所有温控表应上电并显示正常的室温。若显示不正常，应检查是否热电偶开路、或信号反接。然后改变仪表温度设定值，观察温控部分电流显示及风机的转向是否正常（水箱水槽加热控制柜可按此方法调试）。
挤出机运行调试：检查电机部分接线无误后，方可加电试运行。合上空气开关，使变频器上电，观察显示是否正常。如正常，把变频器运行参数改为本机方式，由操作面板运行变频器，观察电机（空车）的转向是否与所要求的方向一致，若不一致，应调换电机接线任意两相（停机进行），方向一致后，可把变频器运行参数改为端子控制方式，然后把正面操作面板的“单开/联控转换开关”打到“单开”位置，按“启动”开关，此时挤出机启动。调节给定电位器设定螺杆速度，挤出运行，观察镙杆转速显示、电机空载电流是否正常。
在挤出机单开调试正常，各温区温度达到设定值，恒温半小时侯即可加料带载运行。带载运行过程中，时刻观察电机电流是否正常。同时校对镙杆转速与显示值对应（通过调整挤出机电机变频器模拟输出口比例增益校对）。在原料由模口挤出时观察原料流量是否正常，塑化效果是否能够满足工艺要求，在运行过程中随时调整电机转速、温度设定值，观察模口出料情况及各工艺参数，达到最佳工艺效果为止。
三台挤出机均按照该步骤进行调试。
B、 牵引机单机调试
    两台牵引机必须同时联控调试。检查电机部分接线无误后合上空气开关，使变频器上电，观察显示是否正常。如正常，把变频器运行参数改为本机方式，由操作面板运行变频器，要求电机（空车）的转向与工艺所要求的方向一致，然后把联控柜面板上的“牵引转换开关”打到“联控”位置，启动“牵引启动”按钮，调节“牵引给定”电位器，同时开动前后牵引机，观察线速度表和计米表显示并却定正常。在牵引机运行正常后，可带载进行牵引倒线调节两台牵引机同步。运行过程中随时调整“牵引给定”电位器，观察前后牵引由低速－－高速、高速－－低速运行变化过程中，前后牵引间导线张力变化（在运行速度变化过程中工艺要求导线张力恒定）。
2）、空载联控运行调试
按接线端子接好各柜联控电源和变频器联控信号线。去掉挤出机的皮带，各个柜体面板上的“单开/联控转换开关”打到“联控”位置，并确认联控柜面板上对应联控指示灯亮，起动联控柜面板上的“启动”开关，起动生产线，面板上红色“联控运行”灯亮。调节外部“总给定”电位器运行设备，各柜体面板上“螺杆转速”表显示转速，联控柜体面板上“线速度”表显示调节速度（通过调整前牵引电机变频器模拟输出口比例增益校对），如果各挤出机运行速度有偏擦差，可通过对应的“挤出机微调”电位器进行修整，直到满足工艺要求为止。
运行过程中若对应指示灯熄灭，说明变频器故障停机，必须排除故障后再行开机。  
3）、重载联控调试
    当空载联试正常后，可把挤出机加热至设定的工艺参数，单独排料后，进行重载运行。初次运行，选用废线进行。开机后调整各工艺参数，直至满足工艺要求。重载运行若一切正常，即可进行正常生产，生产过程中应注意观察各电机的运行状况，以便作以调整。
5、 结束语
近几年随着国家第一次、第二次农网改造及西部开发的实施，0.5—10KV的高压交联聚乙烯绝缘电缆的市场需求量越来越大。高压交联聚乙烯绝缘电缆的生产有SPV65+150+90干法交联机组和1+2/10KV硅烷交联机组两种设备。其中1KV以上硅烷交联电缆国内仅有上海、四川、南平三家引进了瑞士Maillefer公司生产线即Monlsil一步法生产线。其它生产1KV以上硅烷交联电缆的企业80%以上均是采用1+2/10KV硅烷交联机组进行生产。因为硅烷交联工艺与干法交联工艺相比具有：
Ø 电气设备成本低；
Ø 维修控制简单、方便、直观；
Ø 生产占用空间小；
Ø 不需要高能源（蒸汽或氮气）作为交联介质。
现有国内硅烷交联机组的电气控制系统多为直流控制系统，通过变频器对硅烷交联机组的控制应用，其控制精度和稳定性完全可以取代直流控制系统。
因此采用变频控制技术对1+2/10KV硅烷交联机组进行控制和控制系统改造，具有极大的推广价值。