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[摘 要]介绍了邯钢中板厂轧机主电机在生产工艺中的功能，主电机控制系统的设备组成及主要功能。重点说明了上、下主电机速度同步及负荷平衡的实现方法，并对工业现场总线和网络技术在系统中的应用做了介绍， 同时给出了系统控制拓扑图。
[关键词]控制系统；网络；拓扑图
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0069-01
1 前言
邯钢中板厂3米轧机为单机架4辊轧机，轧机主传动采用2台主电机单独驱动，主电机类型为直流电机，单台电机功率为3440KW。主电机及控制系统均是从德国购买的二手设备，其中电控系统于1996年投入运行，采用ABB公司Advant 100控制系统及PAD/PSD传动系统，均为ABB公司90年代早期产品。受当时技术水平的限制，系统配置相对庞大复杂，故障查询定位困难。由于系统运行时间较长，存在设备老化，故障率高，备件获取及技术支持日益困难等较多隐患，无法满足中板轧机工艺要求，给设备维护及安全运行造成很大困难。因此，我厂决定结合轧机HAGC系统改造项目，对主电机电控系统进行整体技术升级改造。本改造项目自2009年3月启动，并于2012年11月份完成。
2 设备组成及功能
2.1 设备组成
本次主电机控制改造除保留原有电机及机械设备外，对电气控制系统进行了整体改造。原系统所用的变压器、高压供电开关柜、冷却风机等予以保留，重新制作了控制柜和操作台。新系统采用ABB公司目前最为先进的控制产品，系统更新改造部分包括：2套DCS800直流传动控制单元、1套MCC柜、一套PPA 800xA人机界面系统，1套AC800 PEC 逻辑控制单元，一台工程师站及PDA 数据采集系统，以及相应的网络总线设备。AC800与DCS800PEC之间采用Drivebus现场总线实现通讯连接，主电机控制系统通过一台DP/DP Coupler 与轧机L1级自动化控制系统实现数据交换，控制系统框图如图1所示。
2.2 设备功能
主电机控制系统主要包括：DCS800直流传动，AC800 PEC逻辑控制控制系统。DCS800是久经考验的高性能传动控制系统，其主要设备组件包括熔断隔离开关、接触器、进线电抗器、DCS800变流器单元（外置式磁场单元）、I/O接口板及电源单元。。系统具备独立的脉冲输入模块，用于处理电机轴编码器输出的脉冲信号，以进行速度及轴定位控制。DCS800采用DriveBus光纤通讯实现与AC800控制器连接及数据交换。DCS800变流器的组态、调试及维护通过专用的工具软件Drive window 完成。上、下主电机分别采用一套DCS800直流传动控制单元进行驱动，DCS800变流器单元采用可控硅三相全控桥反并联逻辑无环流结构，实现6脉冲4象限运行
AC800PEC控制器是ABB公司新一代控制产品，功能强大，工作可靠稳定。AC800PEC控制器用于主传动系统所有的逻辑及计算功能。并通过一个DP/DP coupler实现与轧机L1主控系统之间的通讯连接，接收来自L1发送的控制命令，并将主传动控制系统的状态发送给L1级控制系统。从而实现主传动系统与L1级系统之间是数据交换。
3 速度同步及负荷平衡功能
如图2主电机控制原理框图所示，主电机传动系统采取典型的转速/电流双闭环直流调速系统。即电流环为内环，转速环为外环，速度调节器和电流调节器均采取PI调节器，使得系统具备较好的动态跟随性能和抗干扰性能。
上、下主电机的速度设定值由轧机L1级分别给出，L1级系统根据轧钢工艺道次速度要求，并结合轧辊辊径数据、雪橇轧制设定数据而计算出当前道次的主电机速度设定值。2台电机的速度分别由各自安装在轴端的编码器进行测量并反馈给AC800M控制器。
负荷平衡功能是DCS800 PEC传动系统的一个重要功能，其工作原理是系统根据实时检测的上、下电机的转矩值并进行比较，如果上下电机转矩差超出设定值（一般设定在20%以内），系统将对上电机的速度在一定范围内进行调节。它在保证上、下电机线速度差值在设定范围内的前提下（一般设定范围为0.5%～3%），通过调节上电机的速度来实现对上、下主电机负荷转矩的调节和控制，从而实现上、下电机的负荷基本平衡。
负荷平衡功能和雪橇轧制功能不能在同一时间内投入运行。在轧机咬入钢板之前，雪橇功能投入运行，当轧机咬入钢板一段时间后，雪橇功能取消。经过一段时间的延时， L1级系统发动LSC_EN=1命令，以激活主电机的负荷平衡功能。
4 其他功能
4.1 雪橇轧制功能
雪橇的投入后，通过在上电机或下电机速度给定值上加减一个修正值，使两电机运转速度不同来实现雪橇功能，当钢板出轧机一定距离后，雪橇功能取消，上下电机按相同速度给定值来运行。
4.2 轴定位功能
为便于轧辊更换，在更换工作辊之前，操作人员按一下轴定位功能按钮，则上下主电机慢速运行到预先标定的换辊位置，以便于工作辊的更换。轴定位精度为≦±0.5？。
4.3 数据采集及故障分析功能
系统配备了PDA数据采取系统，能够实现对各种重要运行数据的实时记录。同时，系统可同时保持64个报警事件，以便于故障查询和分析。
5 辅助系统
系统的低压配电、通风冷却、在MCC柜进行集中驱动和控制，并装设过载、接地等相关保护元件，各个设备的开关状态经过网络输入到PLC，作为PLC控制系统的组成部分。轴承润滑系统如压力、流量、温度等检测信号，以及电机温度传感器PT100传感器信号作为主电机控制系统的重要联锁功能信号。
各种辅助系统与主控系统一起组成了较为完善的主电机控制系统。它们的正常工作为保证整个系统的稳定运行起着非常重要的作用。
6 结束语
结合邯钢中板厂主电机控制系统的设备组成和控制特点，阐述了主电机控制系统构成及功能说明，并说明了上、下主电机速度同步及负荷功能等在系统中的应用和实现方法。本套系统自投入后一直运行良好，保证了轧机主电机设备的运行稳定，大幅度降低了设备故障率和设备备件费用，明显提高了产品产量和质量，取得了较好的经济效益和社会效益，达到了预期目标。
参考文献
[1] 陈伯时，电力拖动自动控制系统，机械工业出版社，1996.
[2] 主轧机系统工艺说明手册，邯钢中板厂，1993.
[关键词]控制系统；网络；拓扑图
中图分类号：TG333.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0069-01
1 前言
邯钢中板厂3米轧机为单机架4辊轧机，轧机主传动采用2台主电机单独驱动，主电机类型为直流电机，单台电机功率为3440KW。主电机及控制系统均是从德国购买的二手设备，其中电控系统于1996年投入运行，采用ABB公司Advant 100控制系统及PAD/PSD传动系统，均为ABB公司90年代早期产品。受当时技术水平的限制，系统配置相对庞大复杂，故障查询定位困难。由于系统运行时间较长，存在设备老化，故障率高，备件获取及技术支持日益困难等较多隐患，无法满足中板轧机工艺要求，给设备维护及安全运行造成很大困难。因此，我厂决定结合轧机HAGC系统改造项目，对主电机电控系统进行整体技术升级改造。本改造项目自2009年3月启动，并于2012年11月份完成。
2 设备组成及功能
2.1 设备组成
本次主电机控制改造除保留原有电机及机械设备外，对电气控制系统进行了整体改造。原系统所用的变压器、高压供电开关柜、冷却风机等予以保留，重新制作了控制柜和操作台。新系统采用ABB公司目前最为先进的控制产品，系统更新改造部分包括：2套DCS800直流传动控制单元、1套MCC柜、一套PPA 800xA人机界面系统，1套AC800 PEC 逻辑控制单元，一台工程师站及PDA 数据采集系统，以及相应的网络总线设备。AC800与DCS800PEC之间采用Drivebus现场总线实现通讯连接，主电机控制系统通过一台DP/DP Coupler 与轧机L1级自动化控制系统实现数据交换，控制系统框图如图1所示。
2.2 设备功能
主电机控制系统主要包括：DCS800直流传动，AC800 PEC逻辑控制控制系统。DCS800是久经考验的高性能传动控制系统，其主要设备组件包括熔断隔离开关、接触器、进线电抗器、DCS800变流器单元（外置式磁场单元）、I/O接口板及电源单元。。系统具备独立的脉冲输入模块，用于处理电机轴编码器输出的脉冲信号，以进行速度及轴定位控制。DCS800采用DriveBus光纤通讯实现与AC800控制器连接及数据交换。DCS800变流器的组态、调试及维护通过专用的工具软件Drive window 完成。上、下主电机分别采用一套DCS800直流传动控制单元进行驱动，DCS800变流器单元采用可控硅三相全控桥反并联逻辑无环流结构，实现6脉冲4象限运行
AC800PEC控制器是ABB公司新一代控制产品，功能强大，工作可靠稳定。AC800PEC控制器用于主传动系统所有的逻辑及计算功能。并通过一个DP/DP coupler实现与轧机L1主控系统之间的通讯连接，接收来自L1发送的控制命令，并将主传动控制系统的状态发送给L1级控制系统。从而实现主传动系统与L1级系统之间是数据交换。
3 速度同步及负荷平衡功能
如图2主电机控制原理框图所示，主电机传动系统采取典型的转速/电流双闭环直流调速系统。即电流环为内环，转速环为外环，速度调节器和电流调节器均采取PI调节器，使得系统具备较好的动态跟随性能和抗干扰性能。
上、下主电机的速度设定值由轧机L1级分别给出，L1级系统根据轧钢工艺道次速度要求，并结合轧辊辊径数据、雪橇轧制设定数据而计算出当前道次的主电机速度设定值。2台电机的速度分别由各自安装在轴端的编码器进行测量并反馈给AC800M控制器。
负荷平衡功能是DCS800 PEC传动系统的一个重要功能，其工作原理是系统根据实时检测的上、下电机的转矩值并进行比较，如果上下电机转矩差超出设定值（一般设定在20%以内），系统将对上电机的速度在一定范围内进行调节。它在保证上、下电机线速度差值在设定范围内的前提下（一般设定范围为0.5%～3%），通过调节上电机的速度来实现对上、下主电机负荷转矩的调节和控制，从而实现上、下电机的负荷基本平衡。
负荷平衡功能和雪橇轧制功能不能在同一时间内投入运行。在轧机咬入钢板之前，雪橇功能投入运行，当轧机咬入钢板一段时间后，雪橇功能取消。经过一段时间的延时， L1级系统发动LSC_EN=1命令，以激活主电机的负荷平衡功能。
4 其他功能
4.1 雪橇轧制功能
雪橇的投入后，通过在上电机或下电机速度给定值上加减一个修正值，使两电机运转速度不同来实现雪橇功能，当钢板出轧机一定距离后，雪橇功能取消，上下电机按相同速度给定值来运行。
4.2 轴定位功能
为便于轧辊更换，在更换工作辊之前，操作人员按一下轴定位功能按钮，则上下主电机慢速运行到预先标定的换辊位置，以便于工作辊的更换。轴定位精度为≦±0.5？。
4.3 数据采集及故障分析功能
系统配备了PDA数据采取系统，能够实现对各种重要运行数据的实时记录。同时，系统可同时保持64个报警事件，以便于故障查询和分析。
5 辅助系统
系统的低压配电、通风冷却、在MCC柜进行集中驱动和控制，并装设过载、接地等相关保护元件，各个设备的开关状态经过网络输入到PLC，作为PLC控制系统的组成部分。轴承润滑系统如压力、流量、温度等检测信号，以及电机温度传感器PT100传感器信号作为主电机控制系统的重要联锁功能信号。
各种辅助系统与主控系统一起组成了较为完善的主电机控制系统。它们的正常工作为保证整个系统的稳定运行起着非常重要的作用。
6 结束语
结合邯钢中板厂主电机控制系统的设备组成和控制特点，阐述了主电机控制系统构成及功能说明，并说明了上、下主电机速度同步及负荷功能等在系统中的应用和实现方法。本套系统自投入后一直运行良好，保证了轧机主电机设备的运行稳定，大幅度降低了设备故障率和设备备件费用，明显提高了产品产量和质量，取得了较好的经济效益和社会效益，达到了预期目标。
参考文献
[1] 陈伯时，电力拖动自动控制系统，机械工业出版社，1996.
[2] 主轧机系统工艺说明手册，邯钢中板厂，1993.