1、引言隨著材料技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)的快速發(fā)展以及電機制造工藝水平的逐步提高，交流伺服技術(shù)-交流伺服電機和交流伺服控 制系統(tǒng)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動化的基礎(chǔ)技術(shù)之一，并將逐漸取代直流伺服系統(tǒng)。目前，交流伺服系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制是交流伺服控制的兩個重要發(fā)展方 向。 在濟鋼asp1700薄板坯連鑄連軋項目中，連鑄機結(jié)晶器調(diào)寬系統(tǒng)采用了基于profibus總線的全數(shù)字智能化交流伺服控制系統(tǒng)，是當今世界最先進伺服控制技術(shù)。 2、連鑄機結(jié)晶器調(diào)寬工藝 濟鋼第三煉鋼廠asp1700薄板坯連鑄連軋結(jié)晶器采用直結(jié)晶器，由兩個寬面和兩個窄面構(gòu)成，長1200mm，內(nèi)腔厚度最寬150mm，調(diào)寬范 圍：100mm～150mm。其中窄面是可以活動的，以便在連鑄機準備和澆注期間調(diào)節(jié)結(jié)晶器的寬度和錐度（圖1）。結(jié)晶器采用一組拉桿夾緊兩個寬面和兩個 窄面，拉桿通過彈簧組保持夾緊力，拉桿上的液壓缸可以在調(diào)寬過程中壓縮彈簧，以使窄面能容易移動，快速打開寬面。液壓缸壓力可連續(xù)調(diào)節(jié)，隨板坯的寬度變化 來調(diào)節(jié)夾緊力，實現(xiàn)軟夾緊。由于該壓力不是夾緊寬面，因此在液壓壓力失效時，彈簧能夠保持夾緊力而不會有危險。
結(jié)晶器調(diào)寬系統(tǒng)包括：4套絲杠機構(gòu)，每個窄面2套;4套帶有旋轉(zhuǎn)變壓器的交流異步伺服電動機，固定在澆注平臺下的冷卻室外;4個萬向軸、4套交流伺服控制 單元。結(jié)晶器調(diào)寬窄面控制機械結(jié)構(gòu)，如圖1所示。每一個窄面使用伺服單元控制調(diào)寬電機驅(qū)動，可以改變兩邊寬度和每個面的錐度。由于調(diào)寬時生產(chǎn)的板坯窄面不 是直的，這意味著在調(diào)寬期間窄面銅板與坯殼之間的氣隙的產(chǎn)生，避免漏 鋼，在調(diào)整寬度的同時必須調(diào)整錐度。為了減小凝固坯殼的應力，窄面的調(diào)整應緩慢進行。為保證坯殼與銅板緊密接觸，結(jié)晶器錐度隨寬度的減小而減小，隨寬度增 加而加大?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)鋼種、澆注速度、要求的錐度和板坯定尺，在澆注期間為各邊的運動選擇不同的算法。 3、結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng) 結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)采用西門子s7-400plc，伺服單元選用西門子masterdrives mc全數(shù)字運動控制器，具有過載能力大，調(diào)速范圍寬等特點，設(shè)有tp270人機界面，可設(shè)定和故障監(jiān)視功能。每個伺服電機自有一套伺服單元，采用位置環(huán)、 速度環(huán)、電流環(huán)三環(huán)控制，是一種高動態(tài)響應、高精度的運動控制方式。傳動系統(tǒng)經(jīng)profibus總線和plc及tp270相連。伺服電機采用倫茲 （mdskars090-22）三相交流異步伺服電動機，功率2.6kw，額定速度2300rpm。生產(chǎn)工根據(jù)生產(chǎn)鋼種結(jié)晶器寬度、錐度設(shè)定值輸入到人機 界面上，經(jīng)profibus總線傳輸給調(diào)寬plc，plc運算后，給各個伺服單元發(fā)出位置控制信號，伺服單元將伺服電機旋轉(zhuǎn)變壓器信號換算出的實際位置信 號和實際速度信號分別作為位置環(huán)反饋信號和速度環(huán)反饋信號實現(xiàn)三環(huán)控制，而使系統(tǒng)快速平滑地跟隨位置設(shè)定值，保證結(jié)晶器上下口電機的恒定速度差，實現(xiàn)窄面 銅板的精確定位。整個控制系統(tǒng)是以伺服電機電流環(huán)、電機速度為內(nèi)環(huán)，窄面銅板位置為外環(huán)的三環(huán)控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)精度高，速度響應快，運行平穩(wěn)可靠，定位準 確，調(diào)寬控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2所示。
4、關(guān)于profibus現(xiàn)場總線 4.1 現(xiàn)場總線的定義及特點 現(xiàn)場總線作為連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場級裝置和控制設(shè)備的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的dcs系統(tǒng)相比其優(yōu)點是明顯的：增強了現(xiàn)場信息的集成能力;抗干擾能力增 加、系統(tǒng)可靠性提高;安裝便捷、可維護性好;具有開放性、互操作性、互換性、可集成性;降低了工程成本;具有ip67防護等級，可現(xiàn)場安裝;能自動診斷故 障部位。 4.2 profibus總線的特點 4.3 profibus-dp的數(shù)據(jù)通訊格式
4.4 profibus-dp的可用數(shù)據(jù) 對于傳動裝置可用數(shù)據(jù)區(qū)被劃分成2個數(shù)據(jù)區(qū)，它們以各自的報文進行數(shù)據(jù)傳送： （1）過程數(shù)據(jù)區(qū)（pzd） （2）參數(shù)區(qū)（pkw） pkw:參數(shù)標識符;
5、基于profibus的交流伺服控制系統(tǒng)硬件組成 5.1 plc系統(tǒng) 5.2 人機界面 根據(jù)工藝特點及現(xiàn)場環(huán)境，結(jié)晶器調(diào)寬人機界面選擇tp270操作面板。tp270屬于simatic hmi（人機界面）產(chǎn)品系列中文本圖形觸模式操作面板，在性能上有以下特點： （1） 簡單快速配置，配置數(shù)據(jù)是可以恢復的; （2） 可用標準windows工具進行配置; （3） 使用軟鍵、功能鍵或觸?？刂?，簡化了操作，也保障了操作的安全性，易于使用; （4） 和西門子plc完美結(jié)合，使整個系統(tǒng)在硬件和軟件均達最優(yōu)化，尤其是通訊支持profibus-dp總線協(xié)議。 5.3 mc控制器 結(jié)晶器調(diào)寬伺服控制器選用的是西門子公司masterdrives mc運動控制器，該控制器是應用于高動態(tài)響應循環(huán)機械控制的控制器，是完全智能化的控制系統(tǒng)。mc控制器有以下特點： （1） 高動態(tài)響應，高過載能力 mc驅(qū)動器使用了32位dsp數(shù)字控制技術(shù)，dsp器件內(nèi)部具有功能強大的硬件計算電路和特殊的總線結(jié)構(gòu)，具有強大的數(shù)字信號處理功能;mc運動控制驅(qū)動器同時具有極高的過載因數(shù)，250ms內(nèi)300%的過載能力。 （2） 通用性強 它能夠控制任何型號的電機，具有的模塊化、插入式可選編碼器功能模板可以完成所有的驅(qū)動任務(wù)，有支持脈沖編碼器（ttl/htl）的sbp板，支持旋轉(zhuǎn)變 壓器的sbr2板，支持多圈編碼器（eqn，eqi, endat/ssi或sin/cos）編碼器的sbm2板，都可以非常容易地與系統(tǒng)相連接。 （3） 強大的通訊能力 mc運動控制驅(qū)動器具有支持各種現(xiàn)場總線的可選模板，這些接口模板的設(shè)置，顯著地增強了伺服單元與其它控制設(shè)備間的互聯(lián)能力。mc運動控制驅(qū)動器的各種通 訊模板中有支持profibus總線的cbp2板，profibus-dp是當今世界上最為成功和流行的現(xiàn)場總線標準，在profibus cbp2功能模板上實現(xiàn)同級模塊之間相互通訊，尤其在西門子產(chǎn)品系統(tǒng)集成中，更顯示其優(yōu)點。 6、交流伺服控制系統(tǒng)硬件配置 在交流伺服控制系統(tǒng)中，plc硬件組態(tài)、編程使用step7 v5.3，step 7是用于simatic可編程邏輯控制器組態(tài)和編程的標準軟件包;系統(tǒng)操作界面tp270使用protool進行組態(tài)及編程，protool是用于可視化 過程的使用簡單、高性能的可視化軟件，可在windows95/98,2000下運行。 6.1 組態(tài)plc主站系統(tǒng) （1） 在plc項目ccm2下新建項目plc-3（nwa-ccm1），點擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“insert new object”下“simatic 400 station”，插入s7-400站; （2） 組態(tài)硬件：雙擊“hardware”選項，進入“hw config”窗口，點擊“catalog”圖標打開硬件目錄，按硬件安裝次序和訂貨號依次插入機架、電源、cpu、通訊模塊、兩塊輸入、輸出模塊; （3） 插入cpu模塊后會同時彈出profibus組態(tài)界面，新建profibus命名為profibus_plc3，地址定義為2，點擊 “properties”按鈕組態(tài)網(wǎng)絡(luò)屬性，選擇”network settings”進行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，profibus的傳輸速率為“1.5mbps”,行規(guī)為“dp”; （4） 在plc的profibus屬性operation mode中將其設(shè)為dp master。 6.2 mc運動控制器的profibus從站組態(tài) （1）組態(tài)從站
（2）通訊區(qū)定義
（3）數(shù)據(jù)區(qū)定義 3#mc（5#站）： 4#mc（6#站）： 6.3 tp270的profibus從站組態(tài) （1）在項目ccm2下新建項目tp270_moldwidh_ adjust，點擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“insert new object”下“simatic op”，插入tp270站; （2）雙擊tp270_moldwidth_adjust項目，進入protool編程環(huán)境，選擇操作面板tp270; （3）輸入調(diào)寬系統(tǒng)plc的名稱plc_3，選擇sim- atic s7-300/400 v6.0協(xié)議; （4）點擊“parameters”按鈕，進行參數(shù)設(shè)置，連接op到網(wǎng)絡(luò)的方式，是選擇plc_3網(wǎng)絡(luò)，dp地址選擇1，使用路徑方式，如圖7所示。
7、交流伺服控制系統(tǒng)軟件應用 7.1 plc數(shù)據(jù)profibus傳輸編程 call "dprd_dat" ;調(diào)用dp讀命令 7.2 mc控制器通信參數(shù)定義 （1） 過程數(shù)據(jù)輸出區(qū)在mc控制器的傳輸格式 過程數(shù)據(jù)輸出區(qū)pzd1-pzd10和mc控制器的寄存器變量k3001-k3010是一一對應的關(guān)系，可以根據(jù)需要定義雙字節(jié)數(shù)據(jù)，在該系統(tǒng)實際應用中，分別用k3007和k3008構(gòu)成一個雙字節(jié)數(shù)據(jù)，用k3009和k3010構(gòu)成一個雙字節(jié)數(shù)據(jù)。 （2） 過程數(shù)據(jù)輸出區(qū)在mc控制器應用 在實際應用中，mc控制器主要應用過程數(shù)據(jù)輸出區(qū)數(shù)值定義以下參數(shù)： p554=k3100 裝置控制字 （3） 過程數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)在mc控制器的傳輸格式 過程數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)pzd1-pzd10和mc控制器的參數(shù)p734.1-p734.10是一一對應的關(guān)系，可以根據(jù)需要定義雙字節(jié)數(shù)據(jù)，在該系統(tǒng)實際應用中，分別用p734.2和p734.3構(gòu)成一個雙字節(jié)數(shù)據(jù)，p734.7和p734.8構(gòu)成一個雙字節(jié)數(shù)據(jù)。 （4） 過程數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)在mc控制器的實際應用 在實際應用中，mc控制器主要定義以下參數(shù)進行過程數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)數(shù)值傳送: p734.1=k32 裝置狀態(tài)字 8、結(jié)束語 |
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