软启动器在冷剪控制系统中的应用

1 前言
冷剪是棒材生产线上必不可少的设备，在连续剪切线上，由于对冷剪定位控制的实时性和精确性要求非常高，通常情况下采用变频器或直流调速装置进行控制；对于使用定尺机完成棒材组长度定位的生产线来说，由于要等到棒材组在辊道上完全停止后才进行剪切，对冷剪定位控制的实时性和精确性不要求非常高，这时对交流电机可考虑使用软启动器控制，设备投资大大减少。
2 软启动器概述
软起动器是电力电子技术与自动控制技术相结合的产物，其电路原理如图1所示。将三组反并联晶闸管串接于供电电源与被控电机之间。起动时，由电子电路控制晶闸管的导通角，使电机的端电压逐渐增大，直至全电压，使电机实现无冲击软起动；停机时，则控制晶闸管的关断速度，使电机的端电压由全电压逐渐下降至零，实现软停车，可见，软起动器实际上是一个晶闸管交流调压器。改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程（且可具有限流功能），直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。
图1是CMC－S系列软启动器产品的原理图，图中的元件如下：E1：电路板；F6：温度监视器；J1–J3：连接端子；K4：继电器，在运行状态时动作；K5：继电器，在全压状态时(Ue=100%)动作；K6：继电器，故障信号；T2：电流互感器；T5：控制变压器；V1–V6：晶闸管；X1–X3：端子板。另外，根据功率范围，还有两组或三组风扇作为标准配置。根据不同的应用要求，还可选择过载保护器。在图1中，V2、V4、V6三只晶闸管依次对应于U、V、W三相电源的正半周，开通角α相同，故三相的触发脉冲应依次相差120º；每相的正、负半周依次分别由反并联的两只晶闸管触发控制，所以同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差180º，触发顺序是V2、V5、V4、V1、V6、V3，依次相差60º。

图1 软启动器原理框图
3 控制原理及软件实现
3．1 软起动器的上电与起动控制
软起动器控制回路如图2所示。操作员首先手动合上开关Q50，如果没有过载等故障并且熔丝F40正常，K51将吸合，给PLC发出“上电准备好”信号，此时操作员可以在HMI画面上给出上电命令，K51将吸合，从而K10吸合，给PLC发出“上电完成”信号，完成上电操作。
起动时，操作员从操作台上按下起动按钮，电机按设定的起动时间从低速起动至设定值，给PLC发出“运行”信号。抱闸风机也与主电机同时起动。为了保护电机和机械设备，除了必须收到“上电完成”信号，还必须满足以下条件：无急停连锁；润滑油泵运行；润滑压力达到规定值；干油泵运行；空气压力达到规定值。

图2 控制回路原理图
3．2 软起动器的参数设置
软起动器上电后，需对其有关参数进行设定。对于PSD型软起动器来说，主要参数及其设定范围如下：
(1) 起动时升压时间：0.5~60s。
(2) 起动时初始电压：10~60%电源电压。
(3) 限流功能：2～5倍电机额定电流。
(4) 停止时降压时间：0~30s。软起动器在得到停止信号后，按照设定的降压时间，输出端由设定的级落电压(100%~30%的电源电压)降至初始电压，然后即刻降到零电压。
3．3 冷剪的剪切控制
剪切控制实质上是抱闸和离合器的控制。抱闸和离合器分别由一个单向气动电磁阀控制，其控制原理如图3所示。PLC给出剪切指令的同时给出抱闸打开指令，0.5秒后离合器插入以进行剪切；当检测到剪刃闭合接近开关后，延时0.61秒(剪刃从闭合位置到原始位置所需的时间)，剪切指令取消，离合器移出，延时0.2秒后抱闸锁紧。在图3中，离合器插入指令给出的同时再次给出抱闸打开指令，以确保剪切期间抱闸是打开的。
剪切指令的给出：当钢头部到达定尺机挡板后，辊道停止，如果下列条件满足，则给出剪切指令：软启动器运行；抱闸风机运行；无急停连锁；润滑压力达到规定值；干油泵运行；空气压力达到规定值；上下剪刃锁紧；切头挡板在上位；尾部清理设备在后退位置。切头时，钢头部到达切头挡板位置即停止，然后开始剪切。所有剪切也可从操作台手动完成，联锁条件同上。

图3 抱闸和离合器控制原理图
4 应用效果
该软启动器具有坚固的金属外壳设计，可适用各类应用，包括常规启动和重载启动；在前面板上可进行柔性组合的电位器式参数设定， 并配备清晰的LED状况与故障指示；电子过载保护脱扣器为电机提供比常规双金属片更有效的保护。
对于冷剪来说，由于无需反转、旁路等控制，而且上电、起动、抱闸和离合器的控制均由PLC完成，控制回路极其简单。生产运行表明，采用软启动器控制冷剪是一种非常经济、实用的方法，系统运行稳定、可靠。