网络技术在四辊轧机主传动系统中的应用

    1、前 言
    济南钢铁集团总公司中板厂（简称济钢中板厂）四辊轧机主传动电控系统于1998年进行了改造，采用西门子SIMADYN D全数字系统取代了原模拟系统。但改造后存在以下问题：
    （1）系统稳定性不佳。受环境温度的影响，咬钢瞬间常出现严重上翘和下扣问题，上翘会导致轧机挡水板和精除磷喷嘴损坏，下扣则使钢板钻进辊道造成废品事故。

    （2）系统软件未能实现负荷平衡控制功能。四辊轧机咬钢后，轧制过程中，由于上下辊瞬间出力不均，常出现上辊拖动下辊工作或下辊拖动上辊工作现象，造成单台电机过载跳闸、坯料停留在工作辊中、烧伤工作辊的事故。

    （3）意外事故频繁。四辊轧机在正常轧制未过载的情况下，常出现烧坏功率单元及快熔事故，使故障影响时间和备品备件费用提高。

    针对以上问题，为减少四辊轧机轧制废品量，降低故障影响时间，提高机时产量，济钢中板厂决定对四辊轧机主传动电控系统实施进一步改造。

    改造设计中，结合原有设备，新增一套电枢控制装置，综合运用工业网络控制技术和6RA70数字装置，构架出一个网络系统，完成新老系统硬件与软件的共享，实现与原有SIMADYN D老系统互为备用。网络系统由三部分构成：现场传动网-Profibus-DP网，多点联结串行接口网-MPI网，设备对设备通讯网-Peer-to-Peer网。

    2  控制系统硬件设计
    保留原有高低压开关柜、整流、励磁变压器、SIMADYN D控制柜等设备，增加一套以西门子6RA70装置为核心的调节系统、以国产功率晶闸管并联组成功率单元的传动电控系统，新老系统间通过网络技术的综合应用联为一个整体，新主传动系统可以共享老系统的硬件及软件资源，节省大量经费支出。老系统仍可以相对独立工作，组成一个新老系统互为备用的新整体。

    网络技术的应用使得二者硬件、软件可靠结合又相对独立，共同组成电机的调速装置，构成速度、电流双闭环调速系统，基速以下调压，基速以上弱磁调速系统。

    主回路原理见图1，系统硬件组态见图2。

图1 主回路原理图

    虚框内为保留设备
    1整流变压器
    2 老系统功率柜
    3 老系统快速开关
    4 平波电抗器
    5 老系统线路开关
    6 主电机
    7 老系统测速机
    8 励磁变压器
    9 励磁柜（新老系统共用）
    10 老系统交流刀开关
    11 新系统交流刀开关
    12 新系统功率柜
    13 新系统快速开关
    14 新系统线路开关

图2 网络系统硬件组成

    3  网络技术的应用

    3.1 MPI网
    MPI网是一个多主站网，适用于大数据量的传输。常用在数个CPU之间的数据传输，或者是CPU与上位机之间的数据传输。利用MPI网可以组成多个PLC之间的通讯网，互相进行信息交换。也可以连接上位机，做成人机接口。在其上面可以对网上的所有PLC进行编程，运行监控。利用画面编程软件，可以建立人机接口，可以用图形化的画面反应设备运行过程，便于运行维护人员进行监控。

    原系统上、下辊两台S7300 PLC（CPU 314）和新系统上、下辊两台S7-300 PLC(CPU-315)连接成MPI网进行数据传输，实现了新系统和老系统的数据共享及控制信号的传送，使得新、老系统组成一个相对整体系统。通过MPI网传输的数据主要有主给定值、电压电流实际值等。

    利用MPI网传输的全局变量设置见表1。

点击看原图

表1  变量设置

    3.2 PROFIBUS-DP

网
    系统采用德国DIN19245标准PROFIBUS-DP网络(即SINEC L2网络)，它符合EN50170国际标准。其特点是：信息帧短，处理信息速度快，实时性强，容错性强，32位浮点运算使得控制精度高，6RA70的闭环调节精度小于0.006%,在轧机控制中能够满足高精度要求。特别适合高速循环通讯。

    系统分别以新上、下辊PLC做为主站，新上、下辊两套6RA70装置及老系统6RA24装置做为从站组成了两个PROFIBUS-DP网。装置之间通讯采用STEP 7编程完成，实现了新上、下辊PLC主站与从站角组6R70装置、星组6RA70装置、6RA24励磁装置的信息实时准确交互功能。

    3.3  Perr-to-Peer网
    这是西门子设备之间通讯的一种专用网络，用于设备之间点对点的通讯，具有速度快、实时性强的特点。在本系统中用于星组和角组之间的电流设定值传送，保障两组间的负荷电流完全相等。为最终控制效果达到负荷平衡奠定了有效的技术基础。

    3.3.1   装置对装置协议的串行连接 
    相同的整流器在装置对装置链接中可以功能化为主（给定源）和从（给定接收），通过装置对装置的链接，信号可以从一台整流器以完全数字的形式传送到另外的整流器，“串行连接”最多31个传动可从传动1接收相同的给定。信号可在驱动装置中流通，每个驱动装置在数据处理完毕后只向下一装置继续传递数据。

    3.3.2   装置对装置链接的诊断和监控功能
    （1）所有传送和接收的有用数据通过显示参数r812/r813或r814/r815来校对。

    （2）诊断参数r799或r809提供了有关按顺序分配的有故障和无故障电报的资料，以及已经发生的任何通讯故障，通过连接开关量连接器B6031或B9031到故障信息触发器，这就使即使故障信息持续存在也能够被复位，因此确保了驱动装置在装置对装置接口故障时仍能通过手动操作。

    通过三种网络的综合应用，有效地实现了PLC之间、PLC与数字装置之间、数字装置与数字装置之间的数据传输。

    4  结 语
    生产实践表明，网络技术的综合应用，使得新老系统达到共享软件、硬件资源，互为备用，并且使得6RA70控制系统运行稳定、准确、可靠，实现了负荷平衡；技术参数均满足了工艺要求,无故障率达到100%。四辊轧机的轧制力得到了开发，每年减少了四辊主轧机轧制废品量及质量异议钢板约5000t，每年降低设备影响时间12.5h，每年增创经济效益350万元。