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摘要：简明介绍大口径螺旋焊管线递送系统2台6RA70调速器的创新应用：1、主从驱动的结构。2、装置对装置的通信。3、Droop速度软化功能。4、力矩信号硬件相加。
关键词：螺旋焊管；递送机；6RA70调速器；Droop速度软化；创新应用
一、概述： 递送驱动系统是大口径螺旋焊管线的关键设备之一，其运行的稳定性直接影响产品质量。目前的螺旋焊管线普遍采用上下两个辊夹持带钢运动，拖动几十吨物体以1.5米左右速度运动，在带钢接头处负载变化急剧。焊接工艺要求带钢运行平稳，才能产生良好焊道和较少的焊接缺陷。自动控制上要求上下辊线速度相等、力矩平衡，才能使辊的磨损相同，并能有效防止带钢打滑跑偏。作者在设计SPM2540线时充分挖掘6RA70调速器的软硬件功能，尤其是引入Droop速度软化功能后，力矩平衡问题得到彻底改善f，稳定性大大增强，并简化了线路，节约费用的同时更为可靠。
二、 系统总体结构
递送系统结构如图2，2台45KW的Z4系列直流电机，经过减速器驱动递送辊，电机配以600P/R光电编码器，实现精确的速度控制。上测辊通过液压缸，施加压力，拖动带钢送入成型器，设计带钢最大线速度2.6M/Min。通过6RA70调速器软硬件配置实现如图示主从控制结构。在主6RA70调速器，模拟给定R产生的给定信号送入给定积分环节实现速度上升和下降曲线，之后得到要求的转速N，它与由编码器反馈的实际速度值做差形成速度误差信号，送入PI速度调节器，输出力矩给定M1，并分别送入主从调速器作为电流调节器的给定。在从驱动是以力矩附加方式加入的，它与从驱动的力矩M2相加作为从驱动的电流给定，送入电流调节器。在从6RA70调速器，实际速度给定是由主驱动编码器反馈的实际速度Nf1，它与从驱动编码器反馈的速度Nf2作差形成速度误差信号。由图看出从驱动的PI速度调节器的积分分量独立输出，送入特殊的Droop速度软化调节器，形成速度软化量，修正Nf1速度给定，以便使2台直流电机力矩平衡。
创新之处是从驱动的速度给定来源于主速度反馈，正常情况下从驱动起跟随作用，近似力矩方式。从驱动只设使能、启停操作，就能完成全部功能。速度显示是把从驱动的实际速度K176经串口传给主驱动，经由模拟量输出口3输出，显示带钢线速度，10.00V对应100%速度，数字仪表校准为 X.XXX 米/分，真实准确显示带钢速度。由于引入力矩通道M1，使系统反映快速，调节时间明显缩短。通过西门子公司专用调试软件 Drive Monitor 记录的速度，观察速度精度优于0.5%。
在系统控制方面主要由主驱动实现，包括递送使能、启动停止、正向点动、反向点动操作。在主6RA70内部形成控制字，并通过装置对装置通讯形式传给从驱动的控制字，实现同步操作。从驱动的实际电流参数传回主驱动参与显示。
三、 装置对装置的通信
装置对装置的通信是西门子调速器特有的一种主/从总线通讯形式，用以传输速度给定、力矩给定、加速度给定、控制指令等，最多可以传输5个字的过程数据（即PZD）。物理接口为RS485标准，自适应2线或4线双工工作，驱动能力为32台设备。和本设计相关参数设置如下表：
主 6RA70 从 6RA70
参数 值 说明 参数 值 说明
P794.1
.2
.3
.4
.5 30
167
148
31
0 控制字
实际速度
力矩
控制字
空 P648
P625
P502
P649
6001
6002
6003
6004 控制字源1
速度给定
力矩附加
控制字源2
空
P755
P750
6002
6005
模拟输出2
模拟输出1 P794.1
.2
.3
.4
.5 32
167
148
33
107 状态字
实际速度
力矩
状态字
电流
P790 5 装置对装置 与主机参数相同
P797 1 监视时间
P793 11 波特率
P791 5 传输字数
P816 1 接收使能
P817 1 发送使能
P795 1 接入终端R
四、 Droop速度软化
五、 通过对图2框图分析，我们不难得出要想电流平衡，必使M2趋向于0。然而在Nf1和Nf2相等的情况下，由于机械电气差异（如递送辊椭圆，测速机温飘等）会线速度不同，从而造成主从电机力矩不平，速度精度越高力矩差别越大，极坏情况一个电机拉倒车无法工作。分析此现象的根本原因是线速度相同角速度不一定相同（Nf1≠Nf2），又由于PI速度调节器属于无差调节，只要有速度偏差就要积分输出M2，它直接反映力矩的差值。在没有Droop的情况下，由于有倒拉现象并能稳定工作，说明系统是多稳平衡状态。自身无法恢复过度至M2=0，并且积成很大值（I分量）。挖掘西门子6RA70调速器的速度软化Droop功能正是为此设计，能很好决绝这个难题，并且配置十分灵活。
六、 力矩信号硬件相加
据了解国内外螺旋焊管线（包括德国MEG公司的SPM2032线）都是把主调速器的电流信号由模拟输出口取出送到操作台经数字仪表显示，作为衡量递送系统的驱动力。由于驱动器力矩不平衡，且波动大，无法显示递送系统的驱动力，有时出现负数的怪现象。本设计是把从驱动电流经通讯线（P749.3=167）传给主驱动，由模拟输出1输出（P750=6003），在P751处变成负向，并在P753=5.00规格化为100%，经过D/A变化输出从驱动负向电流信号。主驱动实际电流仍然由12角输出，其内部校准为5.00V对应100%电流。通过在12和14端子跨接数字电压表，此时10.00V输出对应2台驱动器的100%输出能力，是两台6RA70调速器工作电流的和，巧妙实现力矩信号的加法。在数字仪表上以实际安培数显示，直观方便波动小，反映递送系统对外部的驱动力，有实际物理意义。
七、 与PLC接口电路
以往自动化公司设计的电路是PLC输出模块带个小继电器，其接点带动6RA70调速器的输入端，同样6RA70调速器的输出端带个小继电器，接点带动PLC模块输入点，继电器起到隔离变换电位的作用，电路繁琐器件多，继电器属于机电器件，容易因灰尘而接触不良，寿命短维护频繁。
作者在设计中充分分析s7-300的 I/O模块的隔离电路，6RA70调速器光偶隔离电路，共地问题，操作逻辑，转折电压关系等问题后简化操作线路，全部直连无任何中间器件，大大减少继电器的数量，提高可靠性。
八、 结束语
通过创新、优化设计SPM2540线递送系统，目前运行稳定，是成功新颖的设计。尤其是软硬件的灵活运用，为工程设计人员提供了新思路。速度软化Droop功能成功应用于双辊同步驱动，稍加修改也可用于多辊不同线速度的复杂工况，极具推广价值。
参考文献：
SIEMENS SIMOREG全数字直流调速装置。
关键词：螺旋焊管；递送机；6RA70调速器；Droop速度软化；创新应用
一、概述： 递送驱动系统是大口径螺旋焊管线的关键设备之一，其运行的稳定性直接影响产品质量。目前的螺旋焊管线普遍采用上下两个辊夹持带钢运动，拖动几十吨物体以1.5米左右速度运动，在带钢接头处负载变化急剧。焊接工艺要求带钢运行平稳，才能产生良好焊道和较少的焊接缺陷。自动控制上要求上下辊线速度相等、力矩平衡，才能使辊的磨损相同，并能有效防止带钢打滑跑偏。作者在设计SPM2540线时充分挖掘6RA70调速器的软硬件功能，尤其是引入Droop速度软化功能后，力矩平衡问题得到彻底改善f，稳定性大大增强，并简化了线路，节约费用的同时更为可靠。
二、 系统总体结构
递送系统结构如图2，2台45KW的Z4系列直流电机，经过减速器驱动递送辊，电机配以600P/R光电编码器，实现精确的速度控制。上测辊通过液压缸，施加压力，拖动带钢送入成型器，设计带钢最大线速度2.6M/Min。通过6RA70调速器软硬件配置实现如图示主从控制结构。在主6RA70调速器，模拟给定R产生的给定信号送入给定积分环节实现速度上升和下降曲线，之后得到要求的转速N，它与由编码器反馈的实际速度值做差形成速度误差信号，送入PI速度调节器，输出力矩给定M1，并分别送入主从调速器作为电流调节器的给定。在从驱动是以力矩附加方式加入的，它与从驱动的力矩M2相加作为从驱动的电流给定，送入电流调节器。在从6RA70调速器，实际速度给定是由主驱动编码器反馈的实际速度Nf1，它与从驱动编码器反馈的速度Nf2作差形成速度误差信号。由图看出从驱动的PI速度调节器的积分分量独立输出，送入特殊的Droop速度软化调节器，形成速度软化量，修正Nf1速度给定，以便使2台直流电机力矩平衡。
创新之处是从驱动的速度给定来源于主速度反馈，正常情况下从驱动起跟随作用，近似力矩方式。从驱动只设使能、启停操作，就能完成全部功能。速度显示是把从驱动的实际速度K176经串口传给主驱动，经由模拟量输出口3输出，显示带钢线速度，10.00V对应100%速度，数字仪表校准为 X.XXX 米/分，真实准确显示带钢速度。由于引入力矩通道M1，使系统反映快速，调节时间明显缩短。通过西门子公司专用调试软件 Drive Monitor 记录的速度，观察速度精度优于0.5%。
在系统控制方面主要由主驱动实现，包括递送使能、启动停止、正向点动、反向点动操作。在主6RA70内部形成控制字，并通过装置对装置通讯形式传给从驱动的控制字，实现同步操作。从驱动的实际电流参数传回主驱动参与显示。
三、 装置对装置的通信
装置对装置的通信是西门子调速器特有的一种主/从总线通讯形式，用以传输速度给定、力矩给定、加速度给定、控制指令等，最多可以传输5个字的过程数据（即PZD）。物理接口为RS485标准，自适应2线或4线双工工作，驱动能力为32台设备。和本设计相关参数设置如下表：
主 6RA70 从 6RA70
参数 值 说明 参数 值 说明
P794.1
.2
.3
.4
.5 30
167
148
31
0 控制字
实际速度
力矩
控制字
空 P648
P625
P502
P649
6001
6002
6003
6004 控制字源1
速度给定
力矩附加
控制字源2
空
P755
P750
6002
6005
模拟输出2
模拟输出1 P794.1
.2
.3
.4
.5 32
167
148
33
107 状态字
实际速度
力矩
状态字
电流
P790 5 装置对装置 与主机参数相同
P797 1 监视时间
P793 11 波特率
P791 5 传输字数
P816 1 接收使能
P817 1 发送使能
P795 1 接入终端R
四、 Droop速度软化
五、 通过对图2框图分析，我们不难得出要想电流平衡，必使M2趋向于0。然而在Nf1和Nf2相等的情况下，由于机械电气差异（如递送辊椭圆，测速机温飘等）会线速度不同，从而造成主从电机力矩不平，速度精度越高力矩差别越大，极坏情况一个电机拉倒车无法工作。分析此现象的根本原因是线速度相同角速度不一定相同（Nf1≠Nf2），又由于PI速度调节器属于无差调节，只要有速度偏差就要积分输出M2，它直接反映力矩的差值。在没有Droop的情况下，由于有倒拉现象并能稳定工作，说明系统是多稳平衡状态。自身无法恢复过度至M2=0，并且积成很大值（I分量）。挖掘西门子6RA70调速器的速度软化Droop功能正是为此设计，能很好决绝这个难题，并且配置十分灵活。
六、 力矩信号硬件相加
据了解国内外螺旋焊管线（包括德国MEG公司的SPM2032线）都是把主调速器的电流信号由模拟输出口取出送到操作台经数字仪表显示，作为衡量递送系统的驱动力。由于驱动器力矩不平衡，且波动大，无法显示递送系统的驱动力，有时出现负数的怪现象。本设计是把从驱动电流经通讯线（P749.3=167）传给主驱动，由模拟输出1输出（P750=6003），在P751处变成负向，并在P753=5.00规格化为100%，经过D/A变化输出从驱动负向电流信号。主驱动实际电流仍然由12角输出，其内部校准为5.00V对应100%电流。通过在12和14端子跨接数字电压表，此时10.00V输出对应2台驱动器的100%输出能力，是两台6RA70调速器工作电流的和，巧妙实现力矩信号的加法。在数字仪表上以实际安培数显示，直观方便波动小，反映递送系统对外部的驱动力，有实际物理意义。
七、 与PLC接口电路
以往自动化公司设计的电路是PLC输出模块带个小继电器，其接点带动6RA70调速器的输入端，同样6RA70调速器的输出端带个小继电器，接点带动PLC模块输入点，继电器起到隔离变换电位的作用，电路繁琐器件多，继电器属于机电器件，容易因灰尘而接触不良，寿命短维护频繁。
作者在设计中充分分析s7-300的 I/O模块的隔离电路，6RA70调速器光偶隔离电路，共地问题，操作逻辑，转折电压关系等问题后简化操作线路，全部直连无任何中间器件，大大减少继电器的数量，提高可靠性。
八、 结束语
通过创新、优化设计SPM2540线递送系统，目前运行稳定，是成功新颖的设计。尤其是软硬件的灵活运用，为工程设计人员提供了新思路。速度软化Droop功能成功应用于双辊同步驱动，稍加修改也可用于多辊不同线速度的复杂工况，极具推广价值。
参考文献：
SIEMENS SIMOREG全数字直流调速装置。