1 前言
随着整个中板厂产能的进一步释放，粗轧机轧制能力在不断挖掘。生产节奏对完成粗轧轧制过程的时间要求和控制的快速性、稳定性有了更高的要求。如何确保粗轧压下系统既能够满足工艺增长的快速性、精确性控制要求，又要保证整套系统的长期稳定运行，就成了一个需要我们在自动化控制上要解决的一个课题。
由于直流电机已经是技术应用十分成熟，具有气动力矩大，调速范围快，动态响应快，控制精度高的优点。因此用直流电机作为操作侧和传动侧压下电机。由于西门子数字装置技术应用中具有“主从控制”方式选择，具体实现方式为通过内部SINOLINK网络，装置之间通过光纤进行通讯，确保信息传送的准确性和快速性。这样能够很好的实现操作侧和传动侧负荷平衡效果。因此确定选择西门子直流数字装置作为直流压下电机的拖动系统。为了降低硬件投入，更好与现有的西门子粗轧付传动网络进行信息共享，选择2个西门子ET200分站来实现粗轧直流压下的控制，将其挂于以S7-400为主站的粗轧辅传动网络下，完成新的网络组态。
2 硬件组成
2.1 粗轧压下直流系统的硬件构成
该系统由以下几部分硬件构成
（1）操作侧、传动侧进线受电柜、操作侧数字装置柜、传动侧数字装置柜、离合器控制柜等组成；
（2）2套ET200分站安装于操作侧数字装置柜后；
（3）2台进线电抗器；
（4）2台200KW直流电机；
（5）2套MTS位移传感器；
（6）操作、传动压下离合器。
2.2 硬件组成部分完成的功能
2.2.1 ET200分站完成功能
直流压下系统的所有主回路合、分闸，离合器单联动等继电回路控制；现场操作侧和传动侧电机对轴承温度、电机励磁温度、电机电枢温度、补偿绕组温度等6个热电阻温度检测信号的采集功能。
2.2.2 直流数字装置完成功能
操作侧和传动侧采用西门子公司6RA70系列直流驱动装置，所选控制板组件有SLB（SIHOLINK板）、EB1（端子扩展板）、LBA（电子板箱总线适配器）、CUD2（端子扩展板），为最终完成操作和传动两侧电机主从控制提供了控制硬件基础。
2.2.3 两台进线电抗器的功能
西门子进线电抗器型号为，在实际应用中所起到的作用如下：
（1）显消除因主回路功率因数校正而造成的跳闸；
（2）削减输入谐波，延长开关元件寿命（晶体管、SCR）；
（3）可以降低电机运行温度20℃左右，起到延长直流压下电机使用寿命；
（4）过滤电气噪声（脉冲失真和输入毛刺），可以降低电机听觉噪音（3-5分贝）；
（5）改善两侧电机电流波形的作用。
2.2.4 两台200KN直流电机及其冷却系统
两台直流电机采用江特电机型号为，电机特殊定制如下：
（1）根据粗轧压下起动电流大，长时间处于起动电流状态下运行等特点，定制电机时每台电机增加了轴承温度、电机励磁温度、电机电枢温度、补偿绕组温度等6个点的温度检测元件的预埋；
（2）电机绕组所有引出线由原设计的50mm线增大为70mm多股线，减少了在应用过程中的电机引出线过热现象；
（3）电机由原来水冷风包系统，改为强迫风冷系统，去掉了原来每台电机独立3kw冷却风机的设计，进行了增加冷却风道系统，进行统一冷却，冷却风机系统电机功率最大为25KW，确保冷却效果。
2.2.5 两套位移传感器功能
为了实现辊缝的精确控制和控制系统的闭环系统构成，本次设计应用了美国NTS公司的位移传感器作为粗轧机辊缝的检测元器件，控制精度能够达到0.01mm。为整个控制系统提供了精确的闭环反馈信号。
2.2.6 压下离合器功能
粗轧压下离合器线圈电压为直流220V，直流电源由6RA70数字装置的电枢输出提供。离合器的作用是完成操作侧和传动侧的单动，以及两侧的联动功能。离合器得电打开，此时选择操作侧和传动侧单动，即可实现两侧的单动。选择联动则离合器失电，离合器处于合位置。操作与传动实现主从联动方式运行。
3 系统网络组态介绍
3.1 粗轧机辅传动整个网络组态构成（如图1）
3.2 网络组态说明
（1）其中UR1、UR2以及3号、4号站为粗轧辅传动系统原来组态，完成前后辊道、东西机架辊道、机后运输辊道、东西推床等控制任务；
（2）组态总图中红线部分为此次设计新增加的网络组态，10号、11号站为盯200分站，12号、13号为直流压下西门子全数字装置，四个分站均挂于原辅传动网络下，既节约了硬件资源，也有利于原辅传动系统信息与现压下系统信息的共享利用；
（3）在12号站和13号站之间通过关纤连接，完成主从控制组态。
4 操作侧和传动侧主从控制网构成
4.1 主从控制网络硬件构成图（如图2）
4.2 主从控制硬件说明
（1）操作侧、传动侧电机在生产过程中均为联动方式运行，操作侧和传动侧装置同时驱动，为了能够达到一个良好的同步性，我们将操作侧装置作为主动装置、传动侧为从动装置，即为传动侧电机跟随操作侧电机转动实现负荷平衡运行。
（2）为了达到高精度同步性，本次设计应用了西门子全数字装置组件SLB板，操作侧、传动侧各一块来完成主从控制的通讯任务，两个SL8板间通过专用光纤连接。
（3）操作侧装置的SLB板发送口用光纤连接到传动侧SLB通讯板的接受口，操作侧装置的SLB板接受口用光纤连接到传动侧SLB通讯板的发送口，实际连接正常后SLB板的通讯灯变为绿色闪烁。
4.3 主从控制SLB通讯板参数设置
（1）操作侧SLB参数变址为1，即第一块SINOLINK板；传动侧即第二块SIHOLINK板变址为2；
（2）设置操作侧参数U740节点地址为12，传动侧为13（当使用SIHOLINK主站时，节点地址必须连续配置）；
（3）操作侧和传动侧的U741报文故障时间设为0，不激活该功能；
（4）操作侧和传动侧的U742传送能力，设置默认即可；
（5）操作侧和传动侧的U745每个节点所使用的通道（报文）数量，设置为默认，带有分配器功能的SLB安排所有节点有相同通道数量。
完成以上参数设置即可以看到操作侧和传动侧SLB板上的通讯灯正常绿灯闪烁。
5 系统软件设计特点
5.1 上位机界面开发
本次软件设计尤其注意对上位机界面的合理开发，力争做到对粗轧压下系统进行全方位、科学、及时连续的监控。为此，在原有粗轧辅传动系统上位机界面基础上增加了如下功能：
（1）粗轧操作侧和传动侧电机电流、电枢电压、励磁电压、励磁电流、电机6个温度测点等的变化曲线对照曲线：
该界面为准确、连续的采集记录了粗轧压下电机的关键参数变化趋势和历史记录，为维护人员和技术人员提供了量化的数据，有利于对于电机运行状况的科学分析和事故的预期发现排出提供了强大的数据支持。实现了粗轧压下系统真正意义的“免维护”打下了坚实的基础。
（2）操作侧和传动侧辊缝趋势界面：
该界面采集了轧制过程中的辊缝变化数据，为工艺优化轧制过程提供了直接分析数据。同时为电气维护人员在出现事故时，提供了又一重要数据分析。
（3）操作侧和传动侧轧制力变化趋势图：
该界面与辊缝曲线一样，如实记录了轧制过程中过钢的全过程轧制力数据。对于规范轧制工艺和保护压下系统都起到了重要作用。由于生产节奏不断加快，以前操作中难免会出现带钢压下的现象，对压下电机形成严重的运行安全隐患。
（4）班次轧钢状态、轧制数量统计界面：
根据每块钢的轧制力、辊缝变化、轧制规律等条件，判断每块钢轧制完成信号，及其对每班次总轧制钢胚数量进行统计累加，为全过程自动化提供数据。每个班的总轧制块数在交接班时间将会自动进行清零功能，进行下一班次的统计工作。为操作工提供了准确的产量计算和生产进度数据。
5.2 本次设计特点
本次设计最大限度从维护和操作两个方面考虑进行设计界面和程序编制。
（1）对于上位机通过挂在粗轧辅传动系统DP网络上，作为其节点方式，成功实现了在值班室和操作台各放置一台上位机同时进行WINCC软件运行和STEP7程序监控。此种配置方式有别于多台上位机需通过以太网络进行组态或者进行服务器/客户机的配置方式，既减少了硬件费用，同时也增强了上位机运行的稳定性。
（2）本次设计合理的将轧制力通过DP网采集在程序中增加了连锁信号，只要轧制力超过40吨，即封锁压下直流全数字系统。从技术上完全杜绝了误操作对压下电机的潜在威胁，确保了粗轧压下电机在大负荷、大电流条件下能够长期稳定运行。
（3）本次设计还考虑到了在出现一台电机意外事故后，用单电机运行模式进行生产的方式。当由于操作侧或传动侧电机本体问题，造成了不能够进行联动主从控制运行方式，即可以通过切断离合器6RA70数字直流电源装置使能信号的方式，操作人员切换到单动运行模式即可继续进行生产，不造成长时间停产事故发生。
（4）系统设计最大限度的运用了网络通讯进行所有控制信号的传递，大大减少了硬件线路的连接，节省了硬件费用，同时确保了系统长期稳定运行的实现。
（5）冷却系统的合理改造：由小电机现场轧机顶部冷区方式，改为由地面25KH电机通过冷却管道进行强迫风冷方式，大大改善了电机的冷却方式，而地面冷却风机的进风来自于控制室内经过空调冷却的冷风，这样即使夏季也能确保电机处于低温冷却风进行散热。
6 应用效果说明
本次系统设计的核心是成功的应用了西门子SIMOLINK通讯，实现了操作侧和传动侧电机的主从控制的同步性，实现了优良的负荷平衡效果。
（1）采用SIMOLINK光纤通信方式，完全实现了操作侧和传动侧控制的同步性，为电机的长期稳定运行打下了坚实的基础。通过多踪示波器检测，操作侧与传动侧系统电流同步性控制误差仅在90ms以内，大大提高了控制精度。
（2）电机温度操作侧和传动侧在夏季环境温度为40度时，仍保持在70度以下运行的良好效果，从而为电机长期安全运行提供了有利的外部温度保障。
（3）本次系统设计最终实现了主从控制的同步性，电机起动的快速性，定位的准确性，据统计项目应用后每块钢开胚时间能够缩短2秒左右，每班次增产160吨左右，仅此一项每年就可增创效益上千万元。
7 结束语
西门子SIHOLINK光纤通讯技术成功应用于粗轧压下电机控制系统中，确保了操作与传动两侧电机的同步性，实现了负荷平衡效果。电机冷却系统的改造，上位机的合理开发，连锁信号的科学应用，最终实现了粗轧直流压下系统的长期稳定运行，电机无故障运行的应用效果。