1 引言

　　中鐵株洲橋梁有限公司用于窄鋼板下料的主要生產(chǎn)設(shè)備-25MN立式剪板機(jī)是上世紀(jì)90年代初生產(chǎn)的老設(shè)備，其電控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，主電機(jī)采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串頻敏變阻器啟動方式，由于電控系統(tǒng)老化，加之繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)有機(jī)械換向器和電刷，電氣故障日漸增多，維修成本不斷上升。此臺立式剪板機(jī)的電控系統(tǒng)急待改造。

　　近隨著我國經(jīng)濟(jì)快速增長，科學(xué)技術(shù)的日新月異，智能控制系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，也提出了更高的要求。作為重要驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動機(jī)來說，它的控制方式受到廣大技術(shù)人員的高度重視，既要為智能控制打下良好基礎(chǔ)，又要降低電動機(jī)起動時對電網(wǎng)的沖擊。所以，電動機(jī)的起動設(shè)備這個巨大的產(chǎn)業(yè)正在中國悄然崛起。智能控制技術(shù)（ICT:Intelligent Control Technology）是控制理論發(fā)展的新階段，主要用來解決那些用傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。常用的智能技術(shù)包括模糊邏輯控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制、分層遞階控制、遺傳算法等。以智能控制為的智能控制系統(tǒng)具備一定的智能行為，如：自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織等?？紤]到繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)有機(jī)械換向器和電刷，存在故障率高的缺點(diǎn)，因此我們選用YH型高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機(jī)來代替原來的YZR型繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機(jī)，同時選用軟起動器來實現(xiàn)主電機(jī)的限流起動。電控系統(tǒng)的邏輯控制采用三菱公司的FX2N型PLC完成。

　　2 軟起動器在立式剪板機(jī)中應(yīng)用的必要性

　　軟起動器是一種集電機(jī)軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國外稱為Soft Starter.國內(nèi)軟起動器以和平hps2系列軟起動器為有名，它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。

　　剪板機(jī)是借于運(yùn)動的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸斷裂分離。剪板機(jī)可分為：腳踏式（人力）、機(jī)械剪板機(jī)式、液壓擺式剪板機(jī)等。剪板機(jī)常用來剪裁直線邊緣的板料毛坯。剪切工藝應(yīng)能保證被剪板料剪切表面的直線性和平行度要求，并盡量減少板材扭曲，以獲得高質(zhì)量的工件。

　　由于立式剪板機(jī)主拖動電機(jī)功率為37kW,需采用起動限流措施，以減小起動電流對電網(wǎng)的沖擊。眾所周知，鼠籠異步電動機(jī)帶載直接起動時將會產(chǎn)生4~8倍額定電流的起動電流，會對電網(wǎng)造成不利影響。避免鼠籠異步電動機(jī)直接起動時的大電流沖擊，通常的方法是采用降壓起動。傳統(tǒng)的鼠籠異步電動機(jī)降壓起動方法有：星-角起動、定子串電阻起動和自耦變壓器起動。附表列出了常用鼠籠異步電動機(jī)降壓起動方法的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流值（Mn:額定轉(zhuǎn)矩；In:額定電流）。

　　圖1中詳細(xì)描繪了三種傳統(tǒng)鼠籠異步電動機(jī)降壓起動方法的速度-電流、速度-轉(zhuǎn)矩特性曲線。也就是說，雖然起動電流和起動轉(zhuǎn)矩可以被降下來，但是更高的技術(shù)指標(biāo)要求，如起動電流要求限制在某一規(guī)定值，或者電機(jī)的加速轉(zhuǎn)矩要按一定的規(guī)律變化等，卻不能達(dá)到。

　　圖1 三種傳統(tǒng)鼠籠異步電動機(jī)降壓起動方法的荷姓曲線

　　上述這些問題可以通過采用新型的電動機(jī)電子控制器（即軟起動器）來加以解決。軟起動器是采用微處理器控制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)三相晶閘管的相位角來實現(xiàn)電動機(jī)的無級降壓起動，從而避免電機(jī)起動過程中的大電流峰值。由于軟起動器是采用微處理器控制技術(shù)的新型電力電子裝置，除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下有別于傳統(tǒng)降壓起動方式的特點(diǎn)：

　?。?） 結(jié)構(gòu)緊湊，占有空間小，容易安裝在電控柜內(nèi)；

　?。?） 設(shè)有多種可供選擇的起動和停車過程的整定參數(shù)，參數(shù)設(shè)置靈活；

　?。?） 具有多種電機(jī)保護(hù)和監(jiān)視功能；

　　（4） 安裝和調(diào)試簡單；

　?。?） 保護(hù)傳動機(jī)械，避免浪涌轉(zhuǎn)矩的損害。

　　鑒于上述多種優(yōu)點(diǎn)，立式剪板機(jī)主電機(jī)采用軟起動器對主機(jī)進(jìn)行軟起動控制。

　　3  軟起動器的選型及其外圍線路設(shè)計

　　立式剪板機(jī)的起動過程屬于帶標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載常規(guī)起動，因此軟起動器的選型可以直接從其產(chǎn)品選型手冊中查出。主電動機(jī)參數(shù)為：Pn=37kW,In=72A.查ABB公司的軟起動器產(chǎn)品選型手冊，滿足電壓等級400V、額定電流≥72A這一技術(shù)條件的軟起動器型號為：PSS85/147-500L,其技術(shù)參數(shù)為：In=85A.

　　圖2 軟起動器外圍電路原理圖

　　立式剪板機(jī)軟起動器外圍控制電路如圖2所示。由于軟啟動器用普通晶閘管做功率元件，它在完全開通后仍存在壓降損耗，并且伴有熱量產(chǎn)生，用一個旁路接觸器接入主電路。這樣做可帶來以下好處：

　?。?） 減少了晶閘管元件的通態(tài)損耗；

　?。?） 由于晶閘管元件在下起動前已經(jīng)冷卻下來，這對于軟起動器的工作更為有利。

　　針對立式剪板機(jī)的近似恒力矩負(fù)載特性，采用起動電流限制的軟起動方式。軟起動器PSS85/147-500L在用于起動電流限制的軟起動方式時，其端子11、12應(yīng)接入用于電流檢測的外置電流互感器，電流互感器選用安科瑞公司產(chǎn)品，訂貨號為AKH-0.66-40I-400/5.

　　軟起動器PSS85/147-500L的端子4、5、6為起動信號輸入端。端子4、5之間用導(dǎo)線短接，端子5、6之間接入起動繼電器KA10的常開觸點(diǎn)。軟起動器工作時，首先進(jìn)線接觸器KM6閉合，然后起動繼電器KA10發(fā)出起動信號，軟起動器以預(yù)先設(shè)定的起動曲線開始工作。具體的故障信息可按ABB軟起動器產(chǎn)品說明書中的故障尋跡步驟進(jìn)行。軟起動器的端子9、10為起動完畢信號指示繼電器。當(dāng)起動過程完成時，內(nèi)置觸點(diǎn)就會閉合；而停車信號發(fā)出時，內(nèi)置觸點(diǎn)就會打開。PLC檢測到起動完畢信號后，接觸器KM7吸合，KM6斷開，軟起動器退出運(yùn)行。

　　4  軟起動器的開通調(diào)試

　　立式剪板機(jī)為近似恒力矩負(fù)載特性，因此軟起動器采用起動電流限制的軟起動方式。它的開通調(diào)試按以下步驟進(jìn)行：

　?。?） 仔細(xì)檢查軟起動器的主回路和控制回路，看有無接線錯誤；

　?。?） 把軟起動器前面板上用于選擇電動機(jī)連接方式的開關(guān)S1撥在電動機(jī)"外接"位置；

　　（3） 比照ABB軟起動器產(chǎn)品說明書第4節(jié)-不同應(yīng)用的基本設(shè)定中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，將軟起動器前面板上的起動斜坡時間旋鈕設(shè)為10s、起動電流限制旋鈕設(shè)為3倍；

　?。?） 主回路送電后，控制系統(tǒng)給出軟起動信號，主電機(jī)起動。為了獲得的起動參數(shù)，可以重復(fù)試驗。，立式剪板機(jī)軟起動器的起動斜坡時間設(shè)定為6s、起動電流限制設(shè)定為2.8倍。

　　在軟起動器的開通調(diào)試階段，為了獲得的起動參數(shù)，因為重復(fù)試驗，從而造成起動次數(shù)大大增加，為此，必須注意以下問題：

　　● 軟起動器電控柜的冷卻風(fēng)扇要一直運(yùn)轉(zhuǎn)，以便于軟起動器中的功率晶閘管順利散熱，降低結(jié)溫；

　　● 在每次起動之間應(yīng)當(dāng)留有10~15min的間隔，以便于讓軟起動器中的功率晶閘管冷卻下來，從而避免軟起動器因為過熱而報警。

　　5  結(jié)束語

　　隨著計算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，軟起動器的性能也不斷提高，功能日益強(qiáng)大，它在工業(yè)現(xiàn)場大功率電動機(jī)軟起動中的應(yīng)用也日趨廣泛。本文介紹了利用ABB軟起動器，來實現(xiàn)立式剪板機(jī)主電機(jī)的軟起動。經(jīng)過一年多時間的運(yùn)行觀察，整機(jī)電控系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計要求，運(yùn)行穩(wěn)定，操作靈活。立式剪板機(jī)的電控系統(tǒng)還涉及到PLC等器件的自動控制，限于篇幅，均未討論。