全数字直流调速装置6RA70在高速棒材轧线中的应用

摘要:莱钢高速棒材轧线为实现微张力无扭转轧制，要求系统响应快，动态速降小。由全数字直流调速装置6RA70组成的双闭环调速系统满足了本系统的需要。本文简述了6RA70的调速实现及应用。 1 概述 莱钢棒材轧线采用12架短应力线高刚度轧机平立交替布置，各机架轧辊分别由单独的直流电机拖动，连铸坯经粗、中、精连轧成棒材，轧制时要求各机架间秒流量相等。 本套连轧系统采用SIEMENS S7-400系列，CPU采用414－2DP，下设两个远程站（粗轧操作台和精轧操作台），完成轧线的通讯、逻辑控制、故障报警及连锁控制、速度连调、微张力及活套的控制，通过PROFIBUS－DP现场总线控制12台轧机的运行、停车、调速及故障处理。 由WINCC进行上位机画面监控，完成轧线状态监视及轧线参数的设定，如轧制规格、轧机速度等。其中，每台轧机由全数字直流调速装置6RA70调速，其状态反馈由SIEMENS S7-200通过USS通信协议传输至6RA70。 2 直流调速装置6RA70在轧线上的应用功能 2.1 双闭环直流调速系统组成 2.1.1　6RA70硬件组成 在本调速系统中，6RA70使用了三块板子: C98043－A7001:CUD1(SIMOREG　DC　Master的电子板)，完成与上位机及S7－200的通讯、电枢励磁触发、脉冲使能、数据运算及输出等功能； C98043－A7002:完成模拟数据量采集；励磁回路触发脉冲等功能； C98043－A7004:完成电枢电压检测；励磁系统数据采集和放大；　 2.1.2 6RA70调速原理 本系统采用双闭环直流调速系统，其一是由6RA70内置的电枢电流调节器和电流互感器构成的电流环，其二是由6RA70内置速度调节器和安装在直流电机轴上的光电脉冲编码器构成的速度环。速度环为主环，电流环为副环。速度调节器和电流调节器实现串级连接，由速度调节器驱动电流调节器，再由电流调节器去控制触发电路，触发晶闸管控制轧机电机进行调速。 6RA70调速采用调压和弱磁相配合的方案：在电机额定转速以下保持额定磁通不变，只调节电枢电压，在额定转速以上保持电压为额定值，减弱磁通升速，保持反电动势恒定。其控制过程如下图所示： 图1 电压、励磁双作用调速 Speed controller:速度调节器 Current controller-armature:电枢电流调节器 EMF controller:电动势调节器 Current controller-field:励磁电流调节器 2.2 6RA70的双闭环调速功能 上述一系列调节器已集成至6RA70，通过设置一些相关参数，使之符合轧机直流调速系统的需要。其参数设定与监视可通过6RA70的操作面板实现，也可通过专用软件MASTERDRIVERS实现。 (1)参数的设定 访问授权:　P051=40时参数可以改变 P078　装置进线电压 输入电动机数据 P100　电枢额定电流（A） P101　电枢额定电压（V） P102　励磁额定电流（A） P110　电枢回路电阻 P112　励磁回路电阻 P150　整流器α限制 P155　电枢电流调节器的P增益 实际速度检测数据 P083　系统速度反馈源 励磁数据 P082　励磁控制方式 P081　是否具励磁减弱功能 基本工艺功能的选择 P171　在转矩方向Ⅰ的电机电流限幅（为P100的百分数） P172　在转矩方向Ⅱ的电机电流限幅（为P100的百分数） P303　斜坡函数发生器加速时间 P304　斜坡函数发生器减速时间 (2) 6RA70的优化运行，通过选择参数P051，进行自动优化 P051＝25　电枢和励磁的预控制和电流调节器的优化运行（为防止“飞车”，可在电机轴上无负载时进行，或将电机机械锁死） P051＝26　速度调节器的优化运行（在电机轴上必须接上最终有效的机械负载） P051＝27　励磁减弱的优化运行（此优化必须在无机械负载下执行） P051＝28　磨擦和转动惯量补偿的优化运行 3 调速系统的网络实现 3.1 S7－400与上位机采用MPI（）通讯网络，S7－400与6RA70之间采用PROFIBUS（Process　Field　Bus）网络，6RA70与S7－200之间采用USS(通用串行接口)协议进行通讯。 图2 系统通讯网络图 3.2 通讯编程　　　　　　　　　 本系统采用STEP7编程，调用系统功能块SFC14及SFC15。采用PPO4(Parameter Process Data Object)型传输PZD(过程数据)数据，完全实现数据的网络化传输与控制。 图3：编程示例图 SFC14读状态字和实际值 SFC15写控制字和设定值 CALL SFC 14 LADDR :=W#16#200　　　　// 6RA70的Q　adderss RET_VAL:=DB3.DBW0 //通讯错误数据 RECORD :=P#DB2.DBX0.0 BYTE 12　//通讯数据 CALL SFC 15 LADDR :=W#16#200　　　　// 6RA70的I　adderss RECORD :=P#DB1.DBX0.0 BYTE 12　　//通讯数据 RET_VAL:=DB3.DBW2　　　　//通讯错误数据 4 结束语 针对电网电压波动、咬钢、电机转速反馈的误差等扰动，本系统能及时的调速，且超调量控制在5%以内；咬钢时电机保持高电流，且进钢平稳；本系统能够保持真正高效的“连轧”，动态速降恢复时间控制在ms级； 综上所述，直流调速装置6RA70完全满足棒材轧线调速的需要。