浅谈SIMADYN D控制系统在八钢中厚板主传动中的应用

摘 要 对八钢4200mm中厚板机组控制系统的介绍，详细介绍了主回路、励磁回路的基本情况，系统的主要功能及所达到的技术指标，本文重点给出了SIMADYN D控制系统的性能，硬件的配置及硬件说明、软件构成及软件编制。

关键词 24v 相整流 主回路 励磁回路 SIMADYN D控制系统

八钢中厚板厂4200中厚板轧机主传动电动机为7000KW交交变频同步电机，额定电压1650V，额定电流2548A，频率6.67HZ～16HZ，速度50r∕min～120r∕min。采用双电机上下辊单独传动，交交变频功率装置为三相无环流可逆式晶闸管变流器，控制系统采用西门子公司的SIMADYN D全数字64位处理器构成的矢量控制交交变频调速系统，此系统具有控制精度高、响应快、可靠性强且易于维护的 优良品质。

1 SIMADYN D控制系统

西门子公司SIMADYN D系统采用UNIX操作系统，安装西门子公司开发的STRUC G图形化编程软件。该系统采用图形化自由编程、模块化自由配置、多处理器并行工作的实时处理通用数字控制系统，适用于高技术性能要求的大功率闭环电气传动控制，满足各种复杂的和精确的控制要求，例如在高精度要求的轧机主传动大功率交、直流传动、大功率卷取机传动、高压直流输电系统、电网动态无功功率补偿系统等领域有广泛应用。

2 产品种类齐全、可扩展性强

SIMADYN D控制系统拥有丰富的硬件模块。机架有6槽、12槽、24槽三种，同时还有各种各样的I/O模块和接口模块，用户可以根据自己的实际情况任意选用不同的机架、电源、处理器、I/O模块和接口模块，从而构成满足各种要求的控制系统。同时该系统还可以通过DP网、工业以太网与 SIEMENS 的PLC和其他自动化公司的产品联用。

2.1数字控制系统硬件配置

SIMADYN D数字控制系统的硬件有多种机箱、处理器模板、通信缓冲模板、接口模板、外部通信模板、I/O子模板等供选用。I/O子模板主要用于直接连接模拟量信号和开关量I/O信号，以及编码器信号等。

2.2处理器主要任务分配

第1个处理器P1主要完成系统起停的速度逻辑控制、速度调节和工艺控制等任务，速度调节主要包括速度的比例积分调节、给定加速度控制、扭振滤波、负荷观测器等，工艺控制主要包括上、下辊速度分配，负荷平衡等任务。

第2个处理器P2主要完成矢量控制、磁通控通矢量的磁通定向控制、励磁电流给定计算、磁通闭环控制、三相交流电流给定计算、电压前馈控制以及矢量闭环的逻辑控制等。

第3个处理器P3为三相变流器控制专用处理器，主要完成三相交流电流控制，包括交流电流调节、电压前馈调节、断续补偿、换向逻辑控制、触发脉冲控制等。

第4个处理器P4完成励磁电流控制、故障综合处理、主回路合分闸逻辑控制、操作面板OP控制、通讯等任务。

2.3数字控制系统的通讯

SIMADYN D主机箱通过Profibus_DP通讯接口连接2套西门子公司ET200远程I/O站，分别采集电动机、变压器和高压开关等其它外部设备数据，并且完成系统逻辑联锁，其中包括系统内、外控操作、励磁开关联锁、高压开关操作联锁、主开关联锁及故障报警等。

操作面板OP2N在本系统内主要完成系统调试、显示运行参数及主要开关状态、显示系统故障及进行故障复位等功能。SIMADYN D数字控制器通过Profibus_DP网与上一级自动化系统TDC间进行数据交换。两个I/O模块（一个IT41、一个IT42：IT是与PM5直接通讯的快速 I/O板，有AI、AO、DI、DO及脉冲输入等接口，主要用于采集电动码盘（脉冲计数器），辊缝（16位模入），压力（16位模入），及四辊主传动控制系统电压、电流、转速、力矩（12位模入）等信息。

3 雪橇控制和负荷平衡

为了防止钢板扎进辊道缝里的情况发生，一般中板轧制要求在上、下辊咬钢的过程中，钢板头部呈一定的上翘特性，即雪橇控制；在轧制过程中要求上、下辊线速度一致，负荷一致，即负荷平衡。钢板头尾部弯曲变形的产生机理复杂，涉及到多个相互关联的影响因素，其中最重要的电气参数就是主传动系统的动态特性和上、下辊转速差。

4200mm中板生产线的轧机主传动电动机采用双电机上、下辊单辊传动的双传动系统，要实现雪橇控制和负荷平衡，上、下辊电机转速的控制成为关键。然而，雪橇控制和负荷平衡存在着矛盾，两个控制功能不能同时投入。雪橇控制过程要求在上、下辊咬钢的瞬间，下辊的负荷大于上辊负荷；但在轧制过程中上、下辊要保持负荷一致，所以雪橇控制在咬钢的过程中形成，雪橇形成后，使上辊和下棍线速度给定相同，负荷平衡控制在随后投入。如果咬钢时下辊负荷过大，使电机处于堵转状态，钢板头部雪橇就无法形成。

负荷平衡功能主要是平衡上、下辊之间的定子力矩。当上、下辊之间的定子力矩电流差值超过所设定的门坎值时，负荷平衡调节器输出直接作用到上、下辊转速给定，通过微调上、下辊的速度给定值，使得其差值在允许的范围之内。轧制过程中，负荷平衡调节器调节量不能过大。如果调节量太大，可能导致打滑，且动态波动较大，引起电机电流剧烈变化，从而影响系统的稳定性。

在实际生产中投入了雪橇控制和负荷平衡控制功能，效果明显，钢板扣头现象基本得到解决，轧制节奏加快，提高了钢板的成材率，并且有效地保护机械设备。

4 结语

轧制过程中投入雪橇轧制和负荷平衡控制以后，效果良好，可以满足根据不同规格和钢种的需要，随时修改雪橇量，具有使用方便，性能稳定，精度高的特点。自正式生产以来，整套系统工作稳定，性能良好。