全數(shù)字直流調(diào)速裝置在棒線材連軋生產(chǎn)線上的應(yīng)用

1、全數(shù)字直流調(diào)速裝置在棒線材連軋生產(chǎn)線上的應(yīng)用周世成摘要：介紹simoreg k 6ra24全數(shù)字直流調(diào)速裝置在棒線材連軋生產(chǎn)線上的應(yīng)用，說明其配置、功能及特點(diǎn)。結(jié)果表明：采用此種全數(shù)字直流調(diào)速裝置能有效提高直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及調(diào)試效率、運(yùn)行可靠性及維護(hù)水平。關(guān)鍵詞：全數(shù)字直流調(diào)速裝置主傳動(dòng)輔助傳動(dòng)參數(shù)組態(tài)application of fully digital dc converter for the wire rodand bar continuous rolling mill production linezhou shicheng(engineering design insti

2、tute of dalian iron and steel group co ltddalian116031)abstractto introduce the application of simoreg k 6ra24 fully digital dc converter for the wire rod and bar continuous rolling mill production line, describe its configuration, functions and characteristics. the result shows that it is able to e

3、ffectively raise efficiency of design and commissioning, operating reliability and maintenance level for variable speed drive control system due to the fully digital dc converter.key wordsfully digital dc converter; main drive; auxiliary drive; parameter configuration大鋼集團(tuán)30萬t高精度合金鋼棒線材連軋生產(chǎn)線是具有90年代國(guó)際先

4、進(jìn)技術(shù)裝備水平的國(guó)家“八五”重點(diǎn)技改建設(shè)項(xiàng)目。主軋線由6架粗軋機(jī)組、6架中軋機(jī)1組、6架中軋機(jī)2組及2架棒材精軋機(jī)組等主要工藝設(shè)備組成，在棒材精軋機(jī)組后分設(shè)兩條生產(chǎn)流線，其中線材流線由10機(jī)架線材無扭精軋機(jī)組、吐絲機(jī)、斯太爾摩冷卻線、鉤式運(yùn)輸線及盤卷打包機(jī)等主要工藝設(shè)備組成；棒材流線由分段剪、熱床、冷床、冷剪、運(yùn)輸輥道及棒材打捆機(jī)等主要工藝設(shè)備組成。該生產(chǎn)線生產(chǎn)碳結(jié)、合結(jié)、碳工、合工、高工、不銹、彈簧、軸承等鋼種，其中線材成品規(guī)格5.520mm,軋制速度1095ms，盤卷重1500kg；棒材成品規(guī)格1340mm，軋制速度2.816ms，棒材捆重10002000kg。整條生產(chǎn)線主要電氣設(shè)備及電氣

5、自動(dòng)控制系統(tǒng)從德國(guó)西門子公司引進(jìn)。在棒線材連軋生產(chǎn)線上，20架粗軋機(jī)組、中軋機(jī)1組、中軋機(jī)2組及棒材精軋機(jī)組的主傳動(dòng)及許多重要工藝設(shè)備的輔助傳動(dòng)均采用simoreg k 6ra24全數(shù)字直流調(diào)速裝置，測(cè)速反饋采用脈沖發(fā)生器，構(gòu)成全數(shù)字直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)。目前，該生產(chǎn)線已順利通過冷、熱負(fù)荷試車，并已進(jìn)入試生產(chǎn)階段。1simoreg k 6ra24的配置及功能simoreg k 6ra24是一種緊湊式全數(shù)字直流調(diào)速裝置，具有較高的技術(shù)水平，主要應(yīng)用于中、小功率的直流調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域。其額定電壓400750v，額定電流151200a，通過并聯(lián)sitor晶閘管功率單元可以將額定電流擴(kuò)展至3600a。小容

6、量的simoreg k 6ra24還可以附帶最大勵(lì)磁電流為30a的勵(lì)磁控制裝置，構(gòu)成集電樞控制與勵(lì)磁控制于一體的完整的直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)。simoreg k 6ra24基于高性能的16位微處理器，采用參數(shù)組態(tài)方式用軟件實(shí)現(xiàn)直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)的各種控制功能，它以硬件作為控制的基礎(chǔ)，以控制軟件作為控制的核心。1.1硬件配置simoreg k 6ra24的硬件采用模塊組合、緊湊布置的結(jié)構(gòu)，由各種標(biāo)準(zhǔn)插件板及模塊組成，各組件易于拆卸，方便維護(hù)及檢修，主要分為功率單元及控制單元。(1)功率單元對(duì)于附帶勵(lì)磁控制裝置的simoreg k 6ra24，其功率單元由電樞主電路及勵(lì)磁主電路組成；對(duì)于不帶勵(lì)磁控

7、制裝置的simoreg k 6ra24，其功率單元只由電樞主電路組成。其中電樞主電路采用三相全控橋接線，一、四象限運(yùn)行可選，對(duì)于四象限運(yùn)行的電樞主電路，采用邏輯無環(huán)流雙橋反并聯(lián)接線；勵(lì)磁主電路采用單相半控橋接線。額定電流15600a的功率器件采用晶閘管模塊，額定電流6401200a的功率器件采用平板式sitor晶閘管組件。(2)控制單元由主控制板、高級(jí)工藝控制板選件及各種接口板選件組成，具有rs232rs485標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化接口、模擬輸入輸出接口、數(shù)字輸入輸出接口。主控制板上主要裝有高性能的16位微處理器模塊、eprom模塊、各種接口模塊及簡(jiǎn)易操作面板，而在裝置或控制柜的門上可以安裝操作面板選件。

8、在棒線材連軋生產(chǎn)線的直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，直流主傳動(dòng)simoreg k 6ra24的應(yīng)用配置如圖1所示，直流輔助傳動(dòng)simoreg k 6ra24的應(yīng)用配置如圖2所示。圖1直流主傳動(dòng)simoreg k 6ra24應(yīng)用配置圖1電樞控制simoreg k 6ra24；2勵(lì)磁控制simoreg k 6ra24；3電樞控制simoreg k 6ra24與勵(lì)磁控制simoreg k 6ra24之間的點(diǎn)-點(diǎn)通信；4模擬數(shù)字輸入(來自控制柜等)；5模擬數(shù)字輸出(去控制柜等)；6標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化接口(來自去pc機(jī)等)；cs51通信接口板選件；pt10高級(jí)工藝控制板選件；1qf7qf開關(guān)圖2直流輔助傳動(dòng)simore

9、g k 6ra24應(yīng)用配置圖1直流輔助傳動(dòng)simoreg k 6ra24；26ra24的功率單元；3模擬數(shù)字輸入(來自控制柜等)；4模擬數(shù)字輸出(去控制柜等)；5標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化接口(來自去pc機(jī)等)；1qf4qf開關(guān)在圖1中，每套直流主傳動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)simoreg k 6ra24組成，其中電動(dòng)機(jī)的電樞控制采用不帶勵(lì)磁控制裝置的simoreg k 6ra24(電樞主電路為雙橋反并聯(lián))與sitor晶閘管功率單元(單橋)并聯(lián)，構(gòu)成不對(duì)稱接線，既經(jīng)濟(jì)，又可以滿足連軋生產(chǎn)工藝的要求；電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁控制采用不帶勵(lì)磁控制裝置的simoreg k 6ra24(電樞主電路為單橋)與專用勵(lì)磁控制選件相配合，作為電動(dòng)機(jī)的

10、勵(lì)磁電源。在圖2中，每套直流輔助傳動(dòng)系統(tǒng)由一個(gè)simoreg k 6ra24組成，即電動(dòng)機(jī)的電樞控制及勵(lì)磁控制均采用同一個(gè)附帶勵(lì)磁控制裝置的simoreg k 6ra24(電樞主電路為雙橋反并聯(lián)，勵(lì)磁主電路為單橋)，構(gòu)成集成的直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)。所有直流主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞控制simoreg k 6ra24及直流輔助傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的simoreg k 6ra24均附帶pt10高級(jí)工藝控制板選件及cs51通信接口板選件。1.2軟件組態(tài)及功能simoreg k 6ra24的控制軟件采用功能模塊組合方式，與控制單元的硬件相配合，可以實(shí)現(xiàn)各種開閉環(huán)控制、監(jiān)視及輔助功能，各功能模塊的有機(jī)組合，即構(gòu)成了直流調(diào)

11、速傳動(dòng)控制系統(tǒng)的控制模式，而各功能模塊的性能及采用與否要由輸入的控制參數(shù)來決定，即所謂的參數(shù)組態(tài)。對(duì)于附帶勵(lì)磁控制裝置的simoreg k 6ra24，其控制軟件主要由電樞閉環(huán)控制及勵(lì)磁閉環(huán)控制兩組功能模塊組成；對(duì)于不帶勵(lì)磁控制裝置的simoreg k 6ra24，其控制軟件只由電樞閉環(huán)控制一組功能模塊組成。simoreg k 6ra24的基本控制模式為速度及電流閉環(huán)的雙環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)需要可以附加高級(jí)工藝控制功能模塊作為直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)的外環(huán)。電樞閉環(huán)控制主要包括給定值、工藝調(diào)節(jié)器、斜坡函數(shù)發(fā)生器、速度實(shí)際值、速度調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩限幅、電流限幅、電流實(shí)際值、電流調(diào)節(jié)器、電流預(yù)控制器、邏輯無環(huán)

12、流自動(dòng)反向控制、觸發(fā)單元等功能模塊。其中各調(diào)節(jié)器均為pi調(diào)節(jié)器，用于實(shí)現(xiàn)各種閉環(huán)控制功能。在電樞閉環(huán)控制中，用工藝調(diào)節(jié)器作為直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)的外環(huán)，與pt10高級(jí)工藝控制板選件相配合，實(shí)現(xiàn)張力、比率、位置、功率或壓力等工藝過程的閉環(huán)控制；用速度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)速度的閉環(huán)控制，通過將轉(zhuǎn)矩給定值加到速度調(diào)節(jié)器的輸出上，可以實(shí)現(xiàn)速度環(huán)的前饋控制，以改善速度環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；用電流調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)電流的閉環(huán)控制，通過將電流預(yù)控制器與電流調(diào)節(jié)器并聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的前饋控制，以改善電流環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，確保觸發(fā)單元無論在電流連續(xù)斷續(xù)，甚至在轉(zhuǎn)矩反向時(shí)都能迅速、準(zhǔn)確地發(fā)出觸發(fā)脈沖。在simoreg k 6ra24用于四象

13、限運(yùn)行時(shí)，邏輯無環(huán)流自動(dòng)反向控制同電流調(diào)節(jié)器一起共同完成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩反向時(shí)的邏輯無環(huán)流控制。觸發(fā)單元產(chǎn)生功率單元晶閘管的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)同步電壓取自功率單元。勵(lì)磁閉環(huán)控制主要包括反電勢(shì)給定值、反電勢(shì)實(shí)際值、反電勢(shì)調(diào)節(jié)器、反電勢(shì)預(yù)控制器、勵(lì)磁電流限幅、勵(lì)磁電流實(shí)際值、勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁電流預(yù)控制器、觸發(fā)單元等功能模塊。其中反電勢(shì)調(diào)節(jié)器為pi調(diào)節(jié)器，用于實(shí)現(xiàn)反電勢(shì)環(huán)的自動(dòng)控制，通過將反電勢(shì)預(yù)控制器與反電勢(shì)調(diào)節(jié)器并聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)反電勢(shì)環(huán)的前饋控制，以改善反電勢(shì)環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其它勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁電流預(yù)控制器、觸發(fā)單元等功能模塊的功能與電樞閉環(huán)控制中相應(yīng)的功能模塊類似。我們可以根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求輸入相應(yīng)

14、的控制參數(shù)來確定直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)的控制模式，是否采用某個(gè)功能模塊以及某個(gè)功能模塊的性能，從而用參數(shù)組態(tài)的方法構(gòu)成所希望的直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)。2simoreg k 6ra24的特點(diǎn)simoreg k 6ra24模塊化的軟硬件結(jié)構(gòu)，參數(shù)化的功能組態(tài)以及實(shí)用的運(yùn)行方式，使其具有以下特點(diǎn)：(1)輸入輸出接口的功能可選通過參數(shù)組態(tài)可以選擇模擬及數(shù)字輸入輸出接口的功能，以滿足實(shí)際需要。(2)多種速度給定值及速度實(shí)際值選擇通過參數(shù)組態(tài)可以選擇模擬數(shù)字輸入接口、內(nèi)置電子電位器、串行通信接口、高級(jí)工藝控制板選件等作為速度給定值源。通過參數(shù)組態(tài)可以選擇測(cè)速發(fā)電機(jī)、脈沖發(fā)生器、反電勢(shì)作為速度實(shí)際值的3種基本方

15、式，以適應(yīng)不同控制精度要求；此外，可以利用模擬輸入接口或標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化接口作為速度實(shí)際值源，用于實(shí)現(xiàn)高級(jí)工藝過程控制。(3)靈活的操作方式既可應(yīng)用主控制板上的簡(jiǎn)易操作面板(或裝置及控制柜門)上的操作面板選件實(shí)現(xiàn)就地操作，又可應(yīng)用上級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)(或pc機(jī))實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。而便捷的緊急停車功能，可以實(shí)現(xiàn)緊急情況下的快速停車，無需微處理器的干預(yù)。(4)可實(shí)現(xiàn)各種形式的通信控制rs232串行通信接口可以完成simoreg k 6ra24與pc機(jī)或各simoreg k 6ra24之間的點(diǎn)-點(diǎn)通信；rs485串行通信接口可以完成simoreg k 6ra24與上級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)之間的連網(wǎng)通信。通過cs51通

16、信接口板選件，可以更方便、有效地實(shí)現(xiàn)上述功能。(5)可以實(shí)現(xiàn)控制性能的自動(dòng)優(yōu)化在調(diào)試過程中，simoreg k 6ra24可以自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)調(diào)節(jié)器的優(yōu)化運(yùn)行、控制系統(tǒng)參數(shù)的匹配及偏差補(bǔ)償，以確保直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)具有最佳的控制性能。(6)靈活的參數(shù)組態(tài)通過輸入不同的控制參數(shù)即可方便、靈活地組態(tài)直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)的控制功能，構(gòu)成各種型式的直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了工程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行過程，提高了工作效率。這也是simoreg k 6ra24最主要的特點(diǎn)。(7)全面的狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷及信號(hào)跟蹤其狀態(tài)監(jiān)視及故障診斷系統(tǒng)可以全面顯示運(yùn)行狀態(tài)、輸入輸出信號(hào)狀態(tài)、實(shí)際檢測(cè)值、各種內(nèi)外部報(bào)警及故障

17、等信息。最近發(fā)生的4個(gè)故障信息被存儲(chǔ)在跟蹤存儲(chǔ)器中，供檢測(cè)分析故障用；在跟蹤存儲(chǔ)器中可以存儲(chǔ)8個(gè)不同的實(shí)際檢測(cè)值，以供隨時(shí)調(diào)用。(8)功能強(qiáng)大的simovis服務(wù)程序應(yīng)用simovis服務(wù)程序可以實(shí)現(xiàn)對(duì)simoreg k 6ra24全面、高效、靈活、友好的參數(shù)組態(tài)、運(yùn)行控制、狀態(tài)監(jiān)視及故障診斷。simoreg k 6ra24還具有動(dòng)態(tài)性能好，控制精度高，過載能力高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理等特點(diǎn)。3simoreg k 6ra24的應(yīng)用在棒線材連軋生產(chǎn)線的直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，全部直流主傳動(dòng)及大部分直流輔助傳動(dòng)的simoreg k 6ra24，均通過參數(shù)組態(tài)方式構(gòu)成帶弱磁控制的速度及電流閉環(huán)的雙環(huán)控制系統(tǒng)

18、，并采用pt10高級(jí)工藝控制板選件作為外環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)主軸定位控制、軋件同步定位控制及軋線的物料跟蹤。每套直流主傳動(dòng)系統(tǒng)采用rs232串行通信接口完成其電樞控制simoreg k 6ra24與勵(lì)磁控制simoreg k 6ra24之間的點(diǎn)-點(diǎn)通信；所有直流主傳動(dòng)電樞控制simorge k 6ra24與直流輔助傳動(dòng)simoreg k 6ra24均采用cs51通信接口板選件，通過sinec l2-dp現(xiàn)場(chǎng)總線完成與上級(jí)自動(dòng)化控制系統(tǒng)之間的連網(wǎng)通信，從而實(shí)現(xiàn)整條生產(chǎn)線直流調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)的分級(jí)控制及聯(lián)動(dòng)控制。此外，所有simoreg k 6ra24均采用rs232串行通信接口完成與pc機(jī)之間的點(diǎn)-點(diǎn)通信，用simovis服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)simoreg k 6ra24的參數(shù)