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(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的快速發(fā)展以及電機(jī)制造工藝水平的逐步提高，交流伺服技術(shù)-交流伺服電機(jī)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(dòng)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(gè)重要發(fā)展方 向。 在濟(jì)鋼asp1700薄板坯連鑄連軋項(xiàng)目中，連鑄機(jī)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(dāng)今世界最先進(jìn)伺服控制技術(shù)。 2、連鑄機(jī)結(jié)晶器調(diào)寬工藝 濟(jì)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(gè)寬面和兩個(gè)窄面構(gòu)成，長(zhǎng)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(dòng)的，以便在連鑄機(jī)準(zhǔn)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(gè)寬面和兩個(gè) 窄面，拉桿通過(guò)彈簧組保持夾緊力，拉桿上的液壓缸可以在調(diào)寬過(guò)程中壓縮彈簧，以使窄面能容易移動(dòng)，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(lái)調(diào)節(jié)夾緊力，實(shí)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(shí)，彈簧能夠保持夾緊力而不會(huì)有危險(xiǎn)。
結(jié)晶器調(diào)寬系統(tǒng)包括：4套絲杠機(jī)構(gòu)，每個(gè)窄面2套;4套帶有旋轉(zhuǎn)變壓器的交流異步伺服電動(dòng)機(jī)，固定在澆注平臺(tái)下的冷卻室外;4個(gè)萬(wàn)向軸、4套交流伺服控制 單元。結(jié)晶器調(diào)寬窄面控制機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖1所示。每一個(gè)窄面使用伺服單元控制調(diào)寬電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以改變兩邊寬度和每個(gè)面的錐度。由于調(diào)寬時(shí)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(shí)必須調(diào)整錐度。為了減小凝固坯殼的應(yīng)力，窄面的調(diào)整應(yīng)緩慢進(jìn)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。控制系統(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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制器，具有過(guò)載能力大，調(diào)速范圍寬等特點(diǎn)，設(shè)有tp270人機(jī)界面，可設(shè)定和故障監(jiān)視功能。每個(gè)伺服電機(jī)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(dòng)態(tài)響應(yīng)、高精度的運(yùn)動(dòng)控制方式。傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)profibus總線和plc及tp270相連。伺服電機(jī)采用倫茲 （mdskars090-22）三相交流異步伺服電動(dòng)機(jī)，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(jī) 界面上，經(jīng)profibus總線傳輸給調(diào)寬plc，plc運(yùn)算后，給各個(gè)伺服單元發(fā)出位置控制信號(hào)，伺服單元將伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)換算出的實(shí)際位置信 號(hào)和實(shí)際速度信號(hào)分別作為位置環(huán)反饋信號(hào)和速度環(huán)反饋信號(hào)實(shí)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(jī)的恒定速度差，實(shí)現(xiàn)窄面 銅板的精確定位。整個(gè)控制系統(tǒng)是以伺服電機(jī)電流環(huán)、電機(jī)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(yīng)快，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，定位準(zhǔn) 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(chǎng)總線 4.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的定義及特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線作為連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(diǎn)是明顯的：增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)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(hù)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(hù)等級(jí)，可現(xiàn)場(chǎng)安裝;能自動(dòng)診斷故 障部位。 4.2 profibus總線的特點(diǎn) 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(duì)于傳動(dòng)裝置可用數(shù)據(jù)區(qū)被劃分成2個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)，它們以各自的報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送： （1）過(guò)程數(shù)據(jù)區(qū)（pzd） （2）參數(shù)區(qū)（pkw） pkw:參數(shù)標(biāo)識(shí)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(jī)界面 根據(jù)工藝特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，結(jié)晶器調(diào)寬人機(jī)界面選擇tp270操作面板。tp270屬于simatic hmi（人機(jī)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(diǎn)： （1） 簡(jiǎn)單快速配置，配置數(shù)據(jù)是可以恢復(fù)的; （2） 可用標(biāo)準(zhǔn)windows工具進(jìn)行配置; （3） 使用軟鍵、功能鍵或觸模控制，簡(jiǎn)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(gè)系統(tǒng)在硬件和軟件均達(dá)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(yùn)動(dòng)控制器，該控制器是應(yīng)用于高動(dòng)態(tài)響應(yīng)循環(huán)機(jī)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(diǎn)： （1） 高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，高過(guò)載能力 mc驅(qū)動(dòng)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(qiáng)大的硬件計(jì)算電路和特殊的總線結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理功能;mc運(yùn)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)器同時(shí)具有極高的過(guò)載因數(shù)，250ms內(nèi)300%的過(guò)載能力。 （2） 通用性強(qiáng) 它能夠控制任何型號(hào)的電機(jī)，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(dòng)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(qiáng)大的通訊能力 mc運(yùn)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)器具有支持各種現(xiàn)場(chǎng)總線的可選模板，這些接口模板的設(shè)置，顯著地增強(qiáng)了伺服單元與其它控制設(shè)備間的互聯(lián)能力。mc運(yùn)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)器的各種通 訊模板中有支持profibus總線的cbp2板，profibus-dp是當(dāng)今世界上最為成功和流行的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，在profibus cbp2功能模板上實(shí)現(xiàn)同級(jí)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(diǎn)。 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(biāo)準(zhǔn)軟件包;系統(tǒng)操作界面tp270使用protool進(jìn)行組態(tài)及編程，protool是用于可視化 過(guò)程的使用簡(jiǎn)單、高性能的可視化軟件，可在windows95/98,2000下運(yùn)行。 6.1 組態(tài)plc主站系統(tǒng) （1） 在plc項(xiàng)目ccm2下新建項(xiàng)目plc-3（nwa-ccm1），點(diǎn)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(xiàng)，進(jìn)入“hw config”窗口，點(diǎn)擊“catalog”圖標(biāo)打開硬件目錄，按硬件安裝次序和訂貨號(hào)依次插入機(jī)架、電源、cpu、通訊模塊、兩塊輸入、輸出模塊; （3） 插入cpu模塊后會(huì)同時(shí)彈出profibus組態(tài)界面，新建profibus命名為profibus_plc3，地址定義為2，點(diǎn)擊 “properties”按鈕組態(tài)網(wǎng)絡(luò)屬性，選擇”network settings”進(jìn)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(yùn)動(dòng)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(xiàng)目ccm2下新建項(xiàng)目tp270_moldwidh_ adjust，點(diǎn)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(xiàng)目，進(jìn)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(diǎn)擊“parameters”按鈕，進(jìn)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(yīng)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(guò)程數(shù)據(jù)輸出區(qū)在mc控制器的傳輸格式 過(guò)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(duì)應(yīng)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(shí)際應(yīng)用中，分別用k3007和k3008構(gòu)成一個(gè)雙字節(jié)數(shù)據(jù)，用k3009和k3010構(gòu)成一個(gè)雙字節(jié)數(shù)據(jù)。 （2） 過(guò)程數(shù)據(jù)輸出區(qū)在mc控制器應(yīng)用 在實(shí)際應(yīng)用中，mc控制器主要應(yīng)用過(guò)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(guò)程數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)在mc控制器的傳輸格式 過(guò)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(duì)應(yīng)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(shí)際應(yīng)用中，分別用p734.2和p734.3構(gòu)成一個(gè)雙字節(jié)數(shù)據(jù)，p734.7和p734.8構(gòu)成一個(gè)雙字節(jié)數(shù)據(jù)。 （4） 過(guò)程數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)在mc控制器的實(shí)際應(yīng)用 在實(shí)際應(yīng)用中，mc控制器主要定義以下參數(shù)進(jìn)行過(guò)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(yǔ) |
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