关键词：6SE70变频器;辅传动;公共直流母线;网络
Abstract: The paper introduces the SPM auxiliary drives in CCM line, and the control methods and parameters set of 6SE70 Inverter, with many networks, actualized accurate control of drives and safety.
Keyword: 6SE70 Inverter; Auxiliary Drives; common DC bus; network
1 引言
济钢冷轧生产线从工艺生产设备到自动化控制系统均具有较高的水平。平整机是冷轧生产线的重要设备之一，其辅传动系统主要由X Pact ProBas工艺控制系统、西门子PLC控制系统、公共直流母线变频调速系统、安全PLC系统等组成。系统采用了VME、Profibus-DP以及SafetyBUS等多种通讯总线，实现了辅传动系统的高性能驱动要求。平整机辅传动系统的主要驱动设备有：钢卷提升装置、准备站卷筒、出口导向辊、换辊夹钳、换辊车、运卷车等。
2 辅传动控制系统
平整机辅传动控制系统采用西马克.德马格公司开发的X Pact ProBas轧机自动化控制系统。该系统是为了满足伺服液压和工艺控制系统动态性能的严格要求开发的一个功能强大的自动化系统，使用了先进的PC多处理器技术，以图形模式在Windows PC上进行应用软件的开发。
变频器从X pact probas系统接收速度参考值，服从X pact probas系统的控制和故障处理，同时将速度的实际值和相关的设备状态传送到X pact probas系统进行处理。远程I/O（ET200站）的输入输出信号主要包括设备的状态和操作信号，并参与设备的逻辑控制。与平整机主传动系统速度密切相关的辅传动装置，如导向辊等，其速度传感器采用双路输出，一路送至6SE70变频器，实现速度闭环控制。另一路通过硬线直接连接到平整机VME系统的计数器模板，经数据处理后得到驱动装置的实际转速，作为速度控制器的反馈信号，参与速度参考值的计算，从而实现速度的高精度控制。
平整机X Pact ProBas系统主要包括：主控制器（MAC）、速度控制（SCM）、张力控制（ITEN）、液压辊缝控制（HGC）、板型控制（FCS）、轧机驱动控制（MDC）、导向辊驱动控制（DRD）等工艺控制系统，其中，DRD、CCAR、RCC等工艺控制系统实现对导向辊、运卷车和换辊车等辅传动设备的逻辑和闭环控制。
速度控制器（SCM）根据平整机系统的运行情况以及驱动的条件，提供所有驱动电机的速度给定值。二级系统设定的参考值与主令作为速度的给定输入，首先发给出口轧机，然后根据速度因子来计算每个驱动装置的速度给定值。
根据实际转速，计算驱动的加速转矩、摩擦转矩，并判断是否需要进行转矩开环控制。加速转矩和实际转速通过SCM运算可得到驱动转速的参考值，通过Profibus DP网络通讯实现对驱动设备的速度控制。
3 公共直流母线变频调速系统
系统采用了西门子公司的公共直流母线变频调速系统，辅传动系统的主回路方案见图一。整流器、逆变器、制动单元等均采用6SE70系列装置，该装置具有以下特点：具有矢量控制调节器，输出频率范围为0-300 Hz，带编码器的速度控制精度可达0.1%,（带机械负荷的响应时间为120ms），可以实现转矩、速度等多种控制方式，具有软件自检测和硬件自检测功能，综合检测和诊断功能也较强。该系统中，直流母线与逆变器传动装置之间均装有熔断隔离开关，用于实现对逆变器的保护。所有与冷轧带材有关的驱动采用脉冲编码器实现速度闭环控制，交流输出侧安装dv/dt滤波器，以减少对其他系统的干扰。
图一 辅传动系统的主回路方案
实践证明，采用公共直流母线后传动控制系统有许多优点：
⑴ 具有良好的动态特性能。平整机辅传动系统要求具有良好的动态性能和较高的控制精度，采用直流母线技术后，实现了能量分配平衡，在完成动态调速的过程中，有效地抑制了过流和过压故障的发生。
⑵ 减少了设备投资和故障点。取消了各个变频器的整流器部分和附加制动电阻，减少了设备数量，同时实现了逆变器的标准配置，改善了电机的特性。
⑶ 节约了大量电能。平整机线生产中，辅传动设备工作在不同的状态，处于制动状态的逆变器将机械能转化为电能回馈到直流母线，供给其他逆变器驱动电机，因此综合能耗大幅度降低。
4 变频器参数的设置及优化
根据驱动设备的不同,变频器采用了不同的控制方式。1#运卷车、2#运卷车、3#运卷车、提升装置、提升机横移装置、换辊夹钳、1#换辊车、2#换辊车、换辊横移装置等采用了V/F控制，准备站卷筒、3辊直头机、出口导向辊等则采用了速度矢量控制。
变频器参数的设置基本过程如下：变频器送电后，首先将参数恢复工厂设置，然后进行CBP板的配置，选择P060=5进行系统设置，最后进行控制字和状态字的连接设置，将矢量控制开关量和矢量控制连接量与X-pact ProBas中定义的参数值和控制字连接。系统的主要连接参数见表一。
表一 变频器通讯主要连接参数表
为了准确确定电机参数，改善动态性能，各控制变频器均执行了自动电机辨识和速度调节器优化。使用“系统设置”可以实现自动辨识和调节器的优化。使用P151=2，完成静止状态电机辨识，P151=4，计算电机模型进行空载测量，P151=5计算电机模型并对调节器进行优化。速度调节器的增益Kp（P235、P236）等参数取决于系统的惯量，应根据实际运行情况进行手动调整。在调试过程中，出现了个别设备动态性能在不同负载时变化较大的情况，通过对速度控制器、电流控制器的多次优化以及手动修改相关参数，得到了最优化的设置，完全满足了高性能的传动要求。图二是通过Drive monitor记录的导向辊动态响应曲线。
图二 导向辊动态响应曲线
5 安全PLC急停系统
安全PLC系统由本地主机架和远程I/O模块组成，它们之间通过安全网络连接。主机架选用Pilz的PSS3100系列，由电源模块、CPU、以太网模块、开关量输入输出模块等组成。安全PLC通过特殊的电子线路、软件和冗余措施，达到了很高的可靠性与安全性。安全PLC的通讯系统为SafetyBUS，它是一个开放的网络系统，可以连接许多设备，同时又是一个经过特殊设计的安全载体。
安全PLC系统上电自动进行自检，
在正常运行中进行连续自检，
在一小时内执行完整的测试，
同时对外围的输入输出进行检测。外围检测包括：输入模块的数字电路、
输出模块的功能丢失、
输出映像工作台、
反馈保护等。
辅传动变频调速安全系统的状态有以下几种：
⑴紧急停止：系统发出紧急停止命令后，设备以最大的制动能力紧急停止。停止以后，区域的相关控制电源被切断。这种情况下不考虑带材断裂、缠绕等情况，只要求最快的停车速度和设备安全。
⑵快速停止：由工艺系统控制快速减速直至设备停止运行。快速停车应该考虑生产线停车的协调性，保证在线产品的安全性，不能出现带材断裂、缠绕等情况。
⑶设备调整：此时系统处于联动状态，可对其中的某些设备进行必要的调整。
⑷设备单动：通过操作台对单台设备进行手动操作。
⑸设备检查：该命令通过工艺系统发出，此时的运行速度降至最低。
6 网络系统的电磁干扰问题
平整机自动化控制系统，使用了多种网络和总线，如VME总线、以太网、Profibus-DP、SafetyBUS等，而传动系统绝大多数采用变频驱动方式，有些设备的功率较大，防止传动系统对网络通讯系统的干扰尤为重要。为此整个系统设计了可靠的接地系统，建立了标准的接地基准电位（地），所有模块机架和负载电流回路与公共的基准电位连接，从而确保由于电缆敷设不合理或设备安装不当产生的干扰电流能尽快分流掉，从而防止了由于干扰所带来的通讯故障。
由于传动系统需要较大的电功率，因此动力电缆常常输送高电压和大电流。如果这种电力电缆长距离与通讯电缆并行敷设，则在网络电缆上会产生电容性和电感性干扰，从而扰动网络中的数据通信。为避免这种干扰，在设计和施工时，必须确保通讯电缆与其他电线电缆之间的距离，尽可能把电力电缆和通讯电缆分别敷设在相互隔离的电缆桥架上。
7 结束语
冷轧项目投产后，辅传动系统整体运行正常、可靠，完全满足了冷轧生产线的工艺要求，为稳产高产奠定了基础，取得了可观的经济效益和社会效益。
