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摘要：SM150运行平稳、可靠，模块化的设计理念为以后的备件提供方便，也便于维护，节省了维护成本和时间。本文介绍了以SM150变频器为核心的驱动系统以及西门子自动化产品在热轧主传动系统的应用，说明了其主要配置、功能、监控系统、主要设备设计以及整个主传动系统的特点。
关键词：SM150;主传动系统;全集成自动化
Abstract: SM150 stable running, reliable, modular design concept for the subsequent parts to provide convenient, easy maintenance, saving the cost and time of maintenance. This paper introduces the SM150 inverter is the core of the drive system and Siemens automation products in the hot rolling main drive system, describes its main configuration, function, monitoring system, main equipment design and the main characteristics of transmission system.
Key words: SM150; main drive system; integrated automation
中图分类号： TN773文献标识码：文章编号：
1、前言
SINAMICS SM150 是用于高低速应用的高端驱动器变频器。因此，我们把它用于需要高动态性能和可以对线路供电进行可再生反馈的应用——一般搭配的电机功率为4 - 26 MW。
水冷型的SINAMICS SM150 驱动器变频器 可以对线路供电进行可再生反馈，可以用作带有成熟的IGCT电力半导体器件的单电机或多电机驱动器，用于中压驱动应用。对于多电机驱动器应用，有一根公共的直流母线可以直接用于涉及电动和发电驱动的应用中的能量交换。
2、主传动系统组成
整个主传动系统主要包含西门子设备如下：
2.1整流变压器
整流变压器是三相交流中压树脂浇铸、压力浸渍绝缘变频变压器、空气-淡水冷却、室内安装。整流变压器的原级绕组与次级绕组之间具有屏蔽连接。整流变压器采用三线圈型式，绕组主结线型式为Yd1y0，容量为 12000/2×6000 kVA，电压等级 35/3.55 kV。
2.2交-直-交变频器
交-直-交变频器采用西门子中压SM150系列变频器，SINAMICS SM150 是用于高低速应用的高端驱动器变频器。水冷型的 SINAMICS SM150 驱动器变频器 可以对线路供电进行可再生反馈，可以用作带有成熟的 IGCT 电力半导体器件的单电机或多电机驱动器，用于中压驱动应用。对于多电机驱动器应用，有一根公共的直流母线可以直接用于涉及电动和发电驱动的应用中的能量交换。 SM150 变频器优点：
由于紧凑式设计和高灵活性组态，可以简单的实现工厂集成；
使用用户友好性的操作员面板进行简单的操作员控制；
由于集成了维护功能，可以实现平滑、可靠运行：变频器可以在需要维护或者组件需要更换时自动发出信号；
由于使用了 IGCT 技术和无保险设计，并且结合了外部扰动智能响应功能，实现了高度的坚固性和可靠性；
通过标配的 PROFIBUS 接口以及模拟和数字接口，可以无忧的集成到更高等级的自动化系统中；通过创新性的电源部分设计（带有紧凑式的相模块以及出众的所有组件可接入性）实现了高度的维修友好性；
理想的适用于在具有电动和发电驱动器的应用中，在公共直流母线上进行直接能量交换。本项目中采用的SM150变频器容量为2×8MVA 3.3kV供电，PWM电压源型，有源前端AFE，冷却方式为除盐水冷却，同时水冷却系统冷却单元配备泄漏检测单元。变频器的柜门上安装有操作面板，可以显示所有的运行工况、设定参数、实际参数以及故障报警信息显示。根据具体情况采用的SM150拓扑结构如图 1 所示。
图1 SM150拓扑结构
2.3变频器冷却水系统
变频器冷却水系统主要用来冷却变频器，主要组成部分包括热交换器和互为备用的冷却水循环泵。
2.4PLC 控制系统
主控制器选用的是西门子S7-300系列PLC，配以 CP343-1 工业以太网通讯接口模块，可以通过现场总线或者工业以太网方便的对控制器进行编程调试工作。其余部分包括数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块。
2.5HMI人机交互界面
人机交互界面包括预装 WinCC 工控机和OP177B 操作面板，其中在操作面板上实现维修模式、本地模式操作；在工控机上实现的是远程模式操作。通过人机交互界面可以方便的对测试系统进行监控操作，包括设定值输入、实际值输出、测试系统状态实时监控等。
图2 OP177主控画面
2.6润滑系统
润滑系统主要为待测齿轮箱以及电机滑动轴承提供润滑油。为了主传动系统安全，润滑系统一定要先于主传动系统运行。运行过程中一旦润滑系统出现故障，则整个系统紧急停车。
2.7循环水系统
循环水系统主要为电机、变频器水冷系统提供冷却水，同润滑油系统一样，循环水系统也是要先于主传动系统运行。
3、SM150 驱动系统功能
SM150 驱动系统由整流变压器、无负荷隔离开关柜、整流單元、逆变单元、变频器冷却水系统、变频电机等组成。主要包括以下模块：
3.1 ACTICE INFEED 整流模块；
3.2 IGCT 逆变模块；
3.3 D445 控制单元；
3.4 CU320 整流单元扩展控制模块；
3.5 主给定设置及操作单元 AOP30。
变频器具有维修、本地、远程三种操作模式，通过 PLC 控制柜上面的切换开关进行切换。维修模式进行变频器辅助系统的检查工作，主要包括变频器风机启停、变压器风机启停、电机风机启停、变频器冷却水系统启停、电机顶轴油泵启停；本地模式在操作面板上通过现场总线与 D445 进行通讯，进而对主传动系统进行启停以及相应的操作；远程模式使用工控机通过工业以太网与D445 进行通讯，进而对主传动系统进行启停以及相应的操作。由图1中的变频器拓扑机构可以看出三个整流单元相互独立，每个整流单元控制自身的直流母线使之维持在 4800V左右，三个逆变单元则通过D445进行统一控制， 逆变单元IGCT触发信号通过光纤传输，确保三个逆变单元之间输出的电流同相位。变频器具有对电机绕组温度异常、变压器温度异常、IGCT 功率单元
温度异常进行保护功能。变频器控制系统具有自动故障记录和故障分析能力，且具有过电压、过电流、欠电压、缺相、过载、输出接地等故障保护功能，故障报警信息通过现场总线传输到上位机系统进行存储。
4、系统运行
项目阶段性调试完毕之后进行了相关的测试工作，测试数据满足系统设计当初的理论值，主传动系统正式投运后完全满足热轧生产工艺的实际需求。系统加载测试曲线如图3所示。
图3测试系统加载测试曲线
参考文献:
[1] 西门子公司.西门子变频器 SINAMICS SM150 操作指导, 2010.
[2] 西门子公司.西门子变频器 SINAMICS SM150-IGCT 水冷设备手册, 2010.
[3] 西门子公司.西门子 SIMATIC S7 设备手册, 2012.
[4] 西门子公司.西门子现场调试相关参数手册
关键词：SM150;主传动系统;全集成自动化
Abstract: SM150 stable running, reliable, modular design concept for the subsequent parts to provide convenient, easy maintenance, saving the cost and time of maintenance. This paper introduces the SM150 inverter is the core of the drive system and Siemens automation products in the hot rolling main drive system, describes its main configuration, function, monitoring system, main equipment design and the main characteristics of transmission system.
Key words: SM150; main drive system; integrated automation
中图分类号： TN773文献标识码：文章编号：
1、前言
SINAMICS SM150 是用于高低速应用的高端驱动器变频器。因此，我们把它用于需要高动态性能和可以对线路供电进行可再生反馈的应用——一般搭配的电机功率为4 - 26 MW。
水冷型的SINAMICS SM150 驱动器变频器 可以对线路供电进行可再生反馈，可以用作带有成熟的IGCT电力半导体器件的单电机或多电机驱动器，用于中压驱动应用。对于多电机驱动器应用，有一根公共的直流母线可以直接用于涉及电动和发电驱动的应用中的能量交换。
2、主传动系统组成
整个主传动系统主要包含西门子设备如下：
2.1整流变压器
整流变压器是三相交流中压树脂浇铸、压力浸渍绝缘变频变压器、空气-淡水冷却、室内安装。整流变压器的原级绕组与次级绕组之间具有屏蔽连接。整流变压器采用三线圈型式，绕组主结线型式为Yd1y0，容量为 12000/2×6000 kVA，电压等级 35/3.55 kV。
2.2交-直-交变频器
交-直-交变频器采用西门子中压SM150系列变频器，SINAMICS SM150 是用于高低速应用的高端驱动器变频器。水冷型的 SINAMICS SM150 驱动器变频器 可以对线路供电进行可再生反馈，可以用作带有成熟的 IGCT 电力半导体器件的单电机或多电机驱动器，用于中压驱动应用。对于多电机驱动器应用，有一根公共的直流母线可以直接用于涉及电动和发电驱动的应用中的能量交换。 SM150 变频器优点：
由于紧凑式设计和高灵活性组态，可以简单的实现工厂集成；
使用用户友好性的操作员面板进行简单的操作员控制；
由于集成了维护功能，可以实现平滑、可靠运行：变频器可以在需要维护或者组件需要更换时自动发出信号；
由于使用了 IGCT 技术和无保险设计，并且结合了外部扰动智能响应功能，实现了高度的坚固性和可靠性；
通过标配的 PROFIBUS 接口以及模拟和数字接口，可以无忧的集成到更高等级的自动化系统中；通过创新性的电源部分设计（带有紧凑式的相模块以及出众的所有组件可接入性）实现了高度的维修友好性；
理想的适用于在具有电动和发电驱动器的应用中，在公共直流母线上进行直接能量交换。本项目中采用的SM150变频器容量为2×8MVA 3.3kV供电，PWM电压源型，有源前端AFE，冷却方式为除盐水冷却，同时水冷却系统冷却单元配备泄漏检测单元。变频器的柜门上安装有操作面板，可以显示所有的运行工况、设定参数、实际参数以及故障报警信息显示。根据具体情况采用的SM150拓扑结构如图 1 所示。
图1 SM150拓扑结构
2.3变频器冷却水系统
变频器冷却水系统主要用来冷却变频器，主要组成部分包括热交换器和互为备用的冷却水循环泵。
2.4PLC 控制系统
主控制器选用的是西门子S7-300系列PLC，配以 CP343-1 工业以太网通讯接口模块，可以通过现场总线或者工业以太网方便的对控制器进行编程调试工作。其余部分包括数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块。
2.5HMI人机交互界面
人机交互界面包括预装 WinCC 工控机和OP177B 操作面板，其中在操作面板上实现维修模式、本地模式操作；在工控机上实现的是远程模式操作。通过人机交互界面可以方便的对测试系统进行监控操作，包括设定值输入、实际值输出、测试系统状态实时监控等。
图2 OP177主控画面
2.6润滑系统
润滑系统主要为待测齿轮箱以及电机滑动轴承提供润滑油。为了主传动系统安全，润滑系统一定要先于主传动系统运行。运行过程中一旦润滑系统出现故障，则整个系统紧急停车。
2.7循环水系统
循环水系统主要为电机、变频器水冷系统提供冷却水，同润滑油系统一样，循环水系统也是要先于主传动系统运行。
3、SM150 驱动系统功能
SM150 驱动系统由整流变压器、无负荷隔离开关柜、整流單元、逆变单元、变频器冷却水系统、变频电机等组成。主要包括以下模块：
3.1 ACTICE INFEED 整流模块；
3.2 IGCT 逆变模块；
3.3 D445 控制单元；
3.4 CU320 整流单元扩展控制模块；
3.5 主给定设置及操作单元 AOP30。
变频器具有维修、本地、远程三种操作模式，通过 PLC 控制柜上面的切换开关进行切换。维修模式进行变频器辅助系统的检查工作，主要包括变频器风机启停、变压器风机启停、电机风机启停、变频器冷却水系统启停、电机顶轴油泵启停；本地模式在操作面板上通过现场总线与 D445 进行通讯，进而对主传动系统进行启停以及相应的操作；远程模式使用工控机通过工业以太网与D445 进行通讯，进而对主传动系统进行启停以及相应的操作。由图1中的变频器拓扑机构可以看出三个整流单元相互独立，每个整流单元控制自身的直流母线使之维持在 4800V左右，三个逆变单元则通过D445进行统一控制， 逆变单元IGCT触发信号通过光纤传输，确保三个逆变单元之间输出的电流同相位。变频器具有对电机绕组温度异常、变压器温度异常、IGCT 功率单元
温度异常进行保护功能。变频器控制系统具有自动故障记录和故障分析能力，且具有过电压、过电流、欠电压、缺相、过载、输出接地等故障保护功能，故障报警信息通过现场总线传输到上位机系统进行存储。
4、系统运行
项目阶段性调试完毕之后进行了相关的测试工作，测试数据满足系统设计当初的理论值，主传动系统正式投运后完全满足热轧生产工艺的实际需求。系统加载测试曲线如图3所示。
图3测试系统加载测试曲线
参考文献:
[1] 西门子公司.西门子变频器 SINAMICS SM150 操作指导, 2010.
[2] 西门子公司.西门子变频器 SINAMICS SM150-IGCT 水冷设备手册, 2010.
[3] 西门子公司.西门子 SIMATIC S7 设备手册, 2012.
[4] 西门子公司.西门子现场调试相关参数手册