（检测技术与自动化装置专业论文）纵剪生产线中实现张力控制的直流调速系统的研究.pdf

中文摘要 论文题目： 专业： 硕士生： 指导教师： 纵剪生产线中实现张力控制的直流调速系统的研究 检测技术与自动化装置 吕海卫( 签名) 李琳( 签名) 摘要 “纵剪生产线中实现张力控制的直流调速系统的研究是结合宝鸡石油钢管有限责任 公司纵剪分厂的纵剪生产线电气系统技术改造项目进行的。原纵剪机组直流控制系统都 是插板式的老产品，控制非常复杂，而且由于时间比较久，器件老化。目前整个生产线 各设备之间同步速度难以满足生产需要，更为严重的是系统还经常出现电气故障，影响 生产。所以为了提高机组的生产效率，减少电气故障及生产成本，故对现有的整个生产 线的直流系统进行技术改造。这次项目改造是我们和扬州开关厂合作，由我们设计图纸、 编写软件程序和最终完成调试。扬州开关厂进行开关柜和调速柜的生产。本系统利用5 9 0 直流调速器的特有的张力控制功能和p l c 的先进控制技术，实现了纵剪生产线各设备之 间的速度同步以及纵剪过程中的恒张力控制。 本系统硬件部分以西门子s 7 3 0 0 p l c 为核心，通过p r o f i b u s 总线与各设备的5 9 0 直流调速器相连。各设备的运行状态和一些参数设置通过西门子触摸屏( t p 2 7 0 ) 来显 示和设置。该系统的控制分为内、外控两种控制方式。内控主要是单独控制各设备的点 动动作，不需要p l c 来控制操作，主要用于维修时使用。外控主要是各设备的联动动作 及各设备的点动动作，由p l c 来控制操作，是系统正常工作时的控制方式。系统的软件 部分采用模块化程序设计方法，方便系统的维护。同时利用触摸屏显示了系统各设备的 运行状态，使各设备的运行操作更直观、方便。本系统的特点是系统可靠性好、易于操 作维护。硬件支持能力强、软件开发范围大，方便了后期整个生产线的改造。 关键词：张力控制直流调速p r o f i b u sp l c 纵剪生产线 论文类型：应用基础 n 英文摘要 s u b j e c t ： s p e c i a l i t y ： n a m e ： i n s t r u c t o r ： r e s e a r c ho nd cs p e e dr e g u l a t i o ns y s t e mb yu s i n gt e n s i o nc o n t r o li nt h e l e n g t h w i s es h e a r e r l i n e d e t e c t i n gt e c h n i q u ea n da u t o m a t i ce q u i p m e n t l vh a i w e i ( s i g n a t u 糟厶丛划 l il i n ( s i g n a t u r e ) 厶纽 a b s t r a c t t h i sp a p e r , ”r e s e a r c ho nd cs p e e dr e g u l a t i o ns y s t e mb yu s i n gt e n s i o nc o n t r o li nt h e l e n g t h w i s es h e a r e rl i n e ，i si nc o n n e c t i o n 、i mt h et e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o np r o j e c to f e l e c t r i c a ls y s t e mf o rb a o j ip e t r o l e u ms t e e lp i p ec o ，l t d t h eo r i g i n a ld cc o n t r o ls y s t e mo f t h el e n g t h w i s es h e a r e rl i n e u s e do l dp r o d u c t so fi n s e r t e dp l a t e ，i t sc o n t r o li sv e r yc o m p l e xa n d b e c a u s eo ft h er e l a t i v e l yl o n gt i m e ，t h ed e v i c ei so l d t h es y n c h r o n i z a t i o ns p e e do ft h ew h o l e p r o d u c t i o nl i n ea m o n ga l ld e v i c e si sh a r dt os u i tf o rt h en e e d so fp r o d u c t i o n e v e nm o r e s e r i o u si st h es y s t e mo f t e nh a se l e c t r i ct r o u b l e ，a f f e c t sp r o d u c t i o n i no r d e rt oi m p r o v et h e u n i f sp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ya n dr e d u c ep r o d u c t i o nc o s t sa n de l e c t r i c a lt r o u b l e s ，w em a k et h e t e c h n o l o g i c a lt r a n s f o r m a t i o u st ot h ee x i s t i n gc u r r e n td cs y s t e mo ft h ew h o l ep r o d u c t i o nl i n e t h et r a n s f o r m a t i o np r o j e c tc o o p e r a t e s 、i t l ly a n g z h o us w i t c hp l a n t w ed e s i g nd r a w i n g s ， c o m p i l et h es o f t w a r ep r o g r a ma n df u l f i l lt h ef m a ld e b u g g i n g y a n g z h o us w i t c hp l a n tp r o d u c e s t h es w i t c hc a b i n e t sa n dv e l o c i t ym o d u l a t i o nc a b i n e t s t h es y s t e mu s e st h es p e c i f i ct e n s i o n c o n t r o lf u n c t i o no f 5 9 0d cd r i v ea n dt h ea d v a n c e dc o n t r o lt e c h n o l o g yo fp l c ，h a sa c h i e v e d t h es y n c h r o n i z a t i o ns p e e do ft h ew h o l ep r o d u c t i o nl i n ea m o n ga l ld e v i c e sa n dt h ec o n s t a n t t e n s i o nc o n t r o li nt h es l i t t i n gp r o c e s s t h es y s t e m sh a r d w a r et a k e ss i e m e n ss 7 3 0 0 p l c 硒t h ec o r e ，c o n n e c t s5 9 0d cd r i v e so f a l ld e v i c e st h r o u g hp r o f i b u sb u s t h er u n n i n gs t a t u so fa l ld e v i c e sa n ds o m ep a r a m e t e r s s e t t i n g sa r ed i s p l a y e da n ds e tb ys i e m e n st o u c hs c r e e n ( t p 2 7 0 ) t h es y s t e m sc o n t r o l i s d i v i d e di n t oi n n e ra n do u t e rt w o - c o n t r o lm o d e i n n e rc o n t r o ls o l e l yc o n t r o l st h ej o ga c t i o no f a l ld e v i c e s ，i ti sm a i n l yf o rm a i n t a i n i n ga n dt h ep l cd o e sn o tn e e dt oc o n t r o lt h eo p e r a t i o n o u t e rc o n t r o li sac o n t r o lw a yf o rn o r m a lw o r k , i tm a i n l yc o n t r o l st h el i n k a g ea c t i o na n dt h e j o ga c t i o no fa l ld e v i c e sa n dt h eo p e r a t i o ni sc o n t r o l l e db yt h ep l c t h es y s t e m ss o f t w a r ei s m o d u l a ri nd e s i g np r o c e d u r e sf o rs y s t e mm a i n t e n a n c e a tt h es a m et i m ew eu s et h et o u c h s c r e e nd i s p l a yr u n n i n gs t a t u so fa l ld e v i c e s ，s ot h a tt h eo p e r a t i o no fa l ld e v i c e si sm o r e i n t u i t i v ea n dc o n v e n i e n t t h es y s t e mi sc h a r a c t e r i z e db yg o o ds y s t e mr e l i a b i l i t y , e a s y o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c e s t r o n ga b i l i t yt os u p p o r th a r d w a r ea n dl a r g ea r e a st od e v e l o p m 英文摘要 s o f t w a r e ，i tf a c i l i t a t e st h el a t t e rp a r to f t h et r a n s f o r m a t i o no f t h ee n t i r ep r o d u c t i o nl i n e k e y w o r d s ：t e n s i o nc o n t r o l ，d cs p e e dr e g u l a t i o n ，p r o f i b u s ，p l c ， t h el e n g t h w i s es h e a r e rl i n e t h e s i s ：f u n d a m e n ts t u d y i v 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：日期： 学位论文使用授权的说明 ， 诗 j v 毛 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名： 导师签名： 日期： ，。 ，暗i 一以 只期： 叟塞。! 。兰! 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 第一章绪论 1 1 课题研究的来源 第一章绪论 宝鸡石油钢管有限责任公司是宝鸡石油钢管厂与济南柴油机股份有限公司共同出资 组建的有限责任公司，简称“宝鸡钢管”或“b s g b s g 的前身宝鸡石油钢管厂始建于1 9 5 8 年，是我国第一个五年计划期间1 5 6 个重点建设项目之一，也是我国第一个生产螺旋埋 弧焊管的厂家。四十多年来，b s g 经过数次大规模的扩建改造和技术引进，生产规模不 断扩大，技术装备不断更新，现已发展成为中国石油天然气集团公司所属的集制管、防 腐和套管加工于一体的国家大型一类企业，是我国管道建设核心骨干企业，也是我国焊 接钢管的生产工艺研究、试验检测和科技情报中心。b s g 拥有五条焊接钢管生产线，一 条钢管外防腐生产线和一条钢管内涂层生产线，一条带钢纵剪生产线，年生产能力为焊 接钢管3 0 万吨，钢管防腐1 5 0 万平方米。 纵剪分厂是宝鸡石油钢管有限责任公司下属的二级单位。纵剪生产线的主要功能是 将宽钢带卷沿长度方向剪切成较窄的一定尺寸的钢带卷，为日后的轧制、焊管、冷弯成 型、冲压等工序制备带料。目前由于生产线电气控制的老化，需要对原纵剪机组的电气 部分进行技术改造。原纵剪机组直流控制系统由北京整流器厂设计，都是插板式的老产 品。控制非常复杂，而且由于时间比较久，器件老化，整个生产线各设备之间不能实现 速度同步，经常需要人为调整各部分同时工作。该控制系统自1 9 9 2 年投入生产，目前直 流调速系统的同步速度难以满足生产需要，更为严重的是系统还经常出现电气故障，影 响生产。为了提高机组的生产效率，减少电气故障及生产成本，故对现有的整个生产线 的直流系统进行技术改造。 1 2 直流调速系统介绍【l 】 直流电动机电枢回路的电压平衡方程为： u = e + i o r ( 1 1 ) 电枢反电势为 e = c ( 1),on- 2 由此得到转速特性方程式如下 刀：u - l r( 1 3 ) 刀= 一 【l j ) c o 由上式可见，直流电动机调速方案可有以下三种： ( 1 ) 电枢串电阻调速 直流电动机拖动负载运行时，保持电源电压及磁通为额定值不变，在电枢回路中串 两安石油大学硕士学位论文 入不同的电阻时，电动机处于不同的转速，如图1 2 所示。图中负载是恒转矩负载。原 来没有串电阻时工作点为a ，转速为刀，电枢中串入电阻r 后，工作点就变成了4 ，转 速为，l l 。电枢中串入的电阻若加大为是，工作点变成4 ，转速则进一步下降为n 2 。显 然，串入电枢回路的电阻值越大，电动机运行的转速越低。通常把电动机运行于固有机 械特性上的转速称为基速，那么，电枢回路串电阻调速的方法，其调速方向只能是从基 速向下调。 n n o n n l n 2 0 t 图l 一2 电枢回路串电阻调速 电枢回路串电阻调速时，所串的调速电阻足、是等上通过很大的电枢电流c ，会产 生很大的损耗l 2 冠、l 2 足等，转速越低，损耗越大。由于l 较大，调速电阻的容量也 较大，较笨重，不易做到电阻值连续调节，因而电动机转速也不能连续调节。 电枢回路串电阻的人为机械特性，是一组过理想空载点的直线，串入的调速电阻 越大，机械特性越软。这样在低速运行时，负载在不大的范围内变动，就会引起转速发 生较大的变化，也就是转速的稳定性差。所以尽管电枢串电阻调速方法所需设备简单， 但由于上述功率损耗大，低速时转速不稳定，不能连续调速等缺点，只应用于调速性能 要求不高的中、小电机上，大容量电动机不采用。 ( 2 ) 弱磁调速 保持直流电动机电源电压不变，电枢电路也不串电阻，在电动机拖动的负载转矩不 过分大时，降低直流电动机的磁通，可以使电动机转速升高。图l 一3 所示为直流电动机 带恒转矩负载时弱磁升速的机械特性，显然，磁通减少得越多，转速升高得越大。弱磁 升速是从基速向上调速的调速方法。 2 第一章绪论 i jjl l o n n l a i r i 0。 n 。 t l t 图1 - 3 弱磁调速 直流电动机在正常运行情况下，励磁电流比电枢电流要小很多，因此励磁回路中所 串的调速电阻消耗的功率要比电枢回路串调速电阻时电阻消耗的功率小得多；而且由于 励磁电路电阻的容量很小，控制很方便，可以连续调节电阻值，实现转速连续调节的无 级调速。弱磁调速虽能实现平滑调速，但其调速范围太小，特性较软，因而只是在额定 转速以上作小范围升速时才采用。 ( 3 ) 改变电枢电压调速 保持直流电动机磁通为额定值不变，电枢回路不串电阻，降低电枢的电源电压为不 同大小时，电动机拖动着负载运行于不同的转速上。如图l - 4 所示：图中所示的负载为 恒转矩负载，当电枢电压为额定值u 时，工作点为彳，转速为甩；电压降到u 后，工 作点为4 ，转速为；电压为，工作点为4 。电枢电压越低，调速方向也是从基速 向下调。降低电枢电压调速时，如果拖动恒转矩负载，电动机运行于不同的速度上时， 电动机电枢电流l 也是不变的。 t 图l - 4 改变电枢电压调速 降低电枢电压，电动机机械特性的硬度不变。这样，比起电枢回路串电阻调速使机 械特性变软这一点，降低电枢电压可以使电动机在低速范围运行时，转速随负载变化而 变化的幅度较小，转速稳定性要好得多。 西安石油人学硕士学位论文 当电枢电压连续变化时，转速的变化也是连续的，这种调速称为无级调速。与串电 阻调速( 有级调速) 相比，这种速度调节要平滑很多，并且还可以得到任意多级的转速， 可实现额定转速以下大范围平滑调速。因此降低电枢电压从基速向下调速的调速方法， 在直流电力拖动系统中被广泛采用。我们在纵剪生产线直流调速系统中所使用的英国 e u r o t h e r md r i v e s 公司( 欧陆公司) 生产的调速器就是采用这种调速方案。 1 3 国内外现状 纵剪机的剪切精度能否达到质量要求，主要取决于剪切过程中的卷取机的卷径能否 准确地测量和计算1 2 j 。只有得到准确的卷材直径才能控制恒定的卷材张力，才能有正确 的动态补偿，这是生产优质产品的关键所在。我国在6 0 7 0 年代此类设备的卷径记忆采 用电容积分式卷径记忆，到了8 0 年代多采用电动变阻式记忆系统，这两种模拟系统都有 不可克服的缺点，第一种电容积分式卷径记忆随着时间的加长，由于电容漏电流原因， 会产生电容放电而引起记忆不准。第二种电动变阻式卷径记忆系统，由于变阻器由一台 伺服电机带动，因而惯性较大，记忆的卷径也不够准确。8 0 年代末、9 0 年代初随着数字 电路的发展，出现了数字式卷径记忆系统，大大提高了卷径记忆的精度，9 0 年代中期国 外的先进设备已采用了计算机记忆卷径，使卷材直径的记忆能力达到了更高的精度，从 而有效地控制恒张力以及精确地动态补偿，使生产产品的质量有了大幅度提高，产品更 能适应市场的需要p 刮。 由于钢板、带等加工过程中能否实现卷取恒张力控制直接影响产品质量和成品率， 因此恒张力控制技术在钢加工、纺织、造纸等行业的卷带加工领域倍受关注。从9 0 年代 初开始，这些行业从国外引进的先进设备在张力控制方面采取了很多新技术，经历了由 模拟电路构成的间接张力控制系统、复合恒张力控制系统、恒张力微机控制系统研究与 应用等几个发展阶段1 5 刮。 随着计算机技术的不断发展，卷取的张力控制系统逐步实现了数字化，全数字间接 恒张力控制系统得到越来越广泛的应用。全数字间接恒张力控制系统的设计有多种类型： 有的将张力控制系统做成传动装置加标准工艺控制板，再加专用缠绕软件；有的是在机 组p l c 中作张力控制系统；有些传动装置本身带有很多软件功能模块，通过功能模块的 组合就可以实现张力控制系统。标准工艺控制板和专用缠绕软件功能完善，软件带有多 种功能模块供设计人员使用，组态也比较方便，但价格不菲，在一些中小项目中往往因 成本原因而被放弃。在机组p l c 中作张力控制系统需要设计人员自己编制所需要的功能 块，如卷径、梯度、张力补偿等功能块，设计人员编程工作量大，所作的功能块没有通 用性。使用装置内部功能块构成的张力控制系统具有成本低、组态简单、调试方便、易 于掌握等特点。英国e u r o t h e r md r i v e s 公司推出新一代的全数字直流调速控制器- - 5 9 0 系列( 简称5 9 0 ) 就具有这种特点，它采用1 6 位微处理器，通过优化的闭环控制，实现直流 4 第一章绪论 他励电动机和永磁电动机的精确调速控制。5 9 0 以c p u 为核心，通过对各个端口、控制 模块和存储器数据的协调调度，实现电机的可靠精确控制【7 。5 9 0 的卷取机模块是为卷 取机应用专门设计的，由多个子模块组成，用于闭环或开环的主轴卷取控制，方便的实现卷 取机的恒张力控审l j 9 1 。我们所改造的这个系统采用p l c 和5 9 0 调速器，利用p r o f i b u s 总线进行通讯控制，实现系统的速度同步和卷取的张力控制。 一一一。一 5 两安石油人学硕士学位论文 第二章纵剪生产线直流调速系统 2 1 纵剪生产线工艺流程 宝鸡石油钢管有限公司纵剪分厂纵剪生产线主要由开卷机、1 群夹送辊、五辊矫直机、 2 拌夹送辊、圆盘剪、行走小车、3 撑夹送辊、卷取机和卸卷小车等设备组成。每个设备都 由直流电机带动运行。 纵剪生产线工艺流程图如图2 1 所示： 0 黼00z 嗍0k o 簧兜递鼍 o o o0 u 描盗uo u u u uu 五辊矫直机 c l - - l 霎 ( ji 尘 i - - - 一一- i - 图2 - 1 纵剪生产线工艺流程 纵剪生产线上的操作台和操作点上有各设备的控制按钮，这些按钮可以实现各设备 的单独点动和与其他设备的联动动作。联动动作可以实现各设备以同一线速度动作，实 现各设备的速度同步，这样可以避免因各设备速度不同步引起的堆钢和拉钢带现象。结 合图2 1 ，纵剪生产线具体的工艺流程是：将钢卷通过运卷小车送入开卷机，由开卷机的 左右锥头夹住实现对中。按下开卷机点动向前按钮对钢卷进行拆卷，拆开的钢卷向前移 动。当到达1 撑夹送辊位置时，按下开卷机1 撑夹送辊点动向前按钮实现1 撑夹送辊夹送和 开卷机联动向前。五辊矫直机的作用主要是矫直带钢以消除原带钢的弯出不平等缺陷。 当到达五辊矫直机位置时，按下开卷机五辊矫直机点动向前按钮实现开卷机、1 撑夹送辊 和五辊矫直机的联动向前。带钢经过2 撑夹送辊夹送将带钢送往横剪机，切去不规则的头 部，进入圆盘剪，按生产需要设定的宽度，利用圆盘剪对带钢实现纵向剪切。这时的操作 也是开卷机、l 舟夹送辊、五辊矫直机、2 撑夹送辊和圆盘剪的联动动作，经纵剪后的带钢 经过活套送往七辊张力机。活套的作用是用来储存带钢，保证机组连续生产。经七辊张 力机压紧后按下建套按钮，此时开卷机、1 稃夹送辊、五辊矫直机、2 撑夹送辊和圆盘剪联 动向前，给活套坑里储料。储料结束后，开卷机到圆盘剪的联动向前动作停止。这时料 头由3 捍夹送辊送到喂带导车，由喂带导车夹住料头送往卷取机。钳口对准后按下卷取机 点动向前按钮让带钢卷绕两周，以便卷筒夹紧钢带。卷绕两周后按下爬行按钮，全线以 爬行速度动作，此时的速度较慢。爬行一段时间后按下机组起动按钮，全线以高速联动 速度运行。当料快卷完时，按下机组停按钮，全线停止动作。此时按下消套按钮，全线 6 第二章纵剪生产线直流调速系统 只有3 舟夹送辊和卷取机向前运动，减少活套坑里的储料直至将料卷完，最后由卸卷小车 卸料。 2 2 纵剪生产线直流调速系统总体设计方案 宝鸡石油钢管有限责任公司纵剪分厂的纵剪机组电气改造主要包括两个方面的改 造：纵剪生产线供电系统改造和纵剪生产线直流系统改造。本文主要介绍纵剪生产线直 流系统改造。 纵剪生产线对控制系统的要求是： ( 1 ) 实现单机或多机正、反向点动及联动运行。多机联动时，开卷机到卷取机之间的 线速度应保持一致。 ( 2 ) 实现全线联合自动运行。不仅要保证全线的线速度一致，而且卷取机在卷绕钢带的 过程中应保持线速度恒定、张力恒定，以便保持卷带紧而平整【l o 】。 本控制系统采用现场总线控制系统，采用s i e m e n ss i m a t i cs 7 3 0 0p l c 作为控制 核心，p l c 和直流驱动装置( 欧陆5 9 0 调速器) 间全部采用p r o f i b u s d p 网络进行通 讯【1 1 m 】。在电气控制室设人机界面( 触摸屏) 操作站，用于各段参数( 张力、卷径、线 速度等) 的设定和显示，操作用开关量信号全部进就地和远程i o 。 p l c 采用s 7 3 0 0 ，p l c 配通讯接口和i o 模块，p l c 控制的现场信号全部进入到就 地的i o 接口。p l c 可完成以下控制功能： ( 1 ) 联动启停控制； ( 2 ) 驱动电机合分闸控制； ( 3 ) 全线各段速度、张力、卷取卷径的设定； ( 4 ) 全线联锁和故障处理； ( 5 ) 驱动系统状态采集； 人机界面操作站设于电气控制室，采用s i e m e n st p 2 7 01 0 4 寸触摸屏，与p l c 通 过总线进行通讯，完成以下功能： ( 1 ) 工艺过程显示： ( 2 ) 电机电流、转速显示； ( 3 ) 各段张力显示； ( 4 ) 故障、报警显示； 直流系统的控制以p l c 为核心，生产现场的控制信号进p l c 的i o 接口，p l c 和 直流驱动装冕之间由总线连接，可以实现通讯。人机界面采用触摸屏，显示系统的有关 运行参数及生产线的运行状态。每个系统的改造均采用英国欧陆公司生产的5 9 0 p4 q 系 列全数字直流调速器，输入电压为交流3 8 0 v ，输出电压直流4 4 0 v ，为可逆运行。控制 方式分内控和外控两种，内控由转换开关控制，外控由p l c 控制。每个控制柜都设有配 7 两安石油大学硕十学位论文 套的欧陆专用进线电抗器和平波电抗器，以抑制整流所产生的谐波。 改造后的直流驱动采用英国欧陆s s d5 9 0 系列四象限全数字式直流调速装置驱动， 其中开卷机、五辊矫直机、圆盘剪、卷取机的驱动功率较大，电机的额定电流较大，对 这些大功率的直流驱动系统，考虑到经济性、先进性、可靠性和备件维护成本，可采用 目前流行的全数字调速控制、可控硅供电方案，即功率部分采用分体大功率晶闸管组件。 控制部分采用英国欧陆s s d5 9 0 系列四象限全数字式直流调速装置，调速方式为电流内 环、速度外环的双闭环调速系统。此方案在现场己成熟应用，效果良好，这是一种既经 济又可靠的方案。所有5 9 0 装置中都配有通讯板，可连接到p r o f i b u s d p 网络上。上 级p l c 可通过p r o f i b u s d p 网络下达设定值或指令，驱动装置也可将有关数据和运行 状态通过p r o f i b u s d p 网络报告给上级p l c 。 开卷机、1 群夹送辊、五辊矫直机、2 撑夹送辊、圆盘剪、行走小车、3 群夹送辊和卷取 机分别由直流电动机驱动。通过钢带将各分部传动点连成一个整体，形成一个多单元的 协调控制。钢带从开卷机到卷取机的过程中，要求各传动点之间的钢带线速度同步。此 外，当速度给定值发生变化时，实际速度应尽快跟上给定的变化，并且能迅速达到稳定。 利用欧陆调速器特有的恒张力控制，设定开卷张力给定和卷取张力给定。保证开卷到卷 取生产线之间的线速度同步，而线速度的控制可以按比例计算转换为角速度控制。卷取 机在卷绕钢带时，随着钢带卷径增大，电动机的负载转距增大、速度下降，电动机输出的 电磁力矩减小，而且有可能停转。因此对卷取机驱动电动机的控制要求应该是恒线速度、 恒张力卷取。在卷取过程中，要随着钢带卷径的增加而降低电动机的转速，以保持卷线速 度恒定，同时也要进行恒张力卷取，即在卷取过程中对卷取电动机进行恒功率控制。依据 自动控制系统理论，采用张力控制。利用5 9 0 调速器特有的模块来实现张力控制。 2 3 欧陆5 9 0 调速器介绍 2 3 1 欧陆5 9 0 调速器原理及性能【7 - 8 】 英国e u r o t h e r md r i v e s 公司推出了新一代的全数字直流调速控制器一5 9 0 系列( 简 称5 9 0 ) 。它采用l6 位微处理器，通过优化的闭环控制，实现直流他励电动机和永磁电动 机的精确调速控制。5 9 0 以c p u 为核心，通过对各个端口、控制模块和存储器数据的协 调调度，实现电机的可靠精确控制。在调速运行状态下，5 9 0 采用双回路控制方式。其中， 电流环作为速度控制的内回路，接受速度环p i 根据速度偏差计算出的电流指令，然后依据 电流偏差计算并输出电枢控制电压。5 9 0 直流调速系统的框图如图2 2 所示： 8 第二章纵剪生产线直流调速系统 速度给 图2 25 9 0 直流调速器原理框图 速度反馈信号由测速发电机( 或者编码器) 取出，加到速度环p i 调节器的输入端， 组成外环，电流反馈信号由电流检测元件( 电流互感器) 取出，与速度环p i 调节器的输出 信号混合后，送入电流环p i 调节器，经比例积分环节处理后产生电压去触发装置控制晶闸 管来改变电动机的电枢电压，构成内环。当速度给定为零时，两组晶闸管不输出电压，电动 机停止；速度给定为正时，两组晶闸管输出正电压，电动机正转；速度给定为负时，两组 晶闸管输出负电压，电动机反转。 5 9 0 的先进性能包括： ( 1 ) 运行时具有完善的回路控制、异常保护和故障诊断( 包括自检) 等功能，见表2 1 。 表2 15 9 0 基本功能与特性 功能项目特性 电流控制采用“a u t ot u n e 自整定算法的p i 电流环，以达到最佳动态性能 速度控制 可调节的p i 速度环，具有积分分离功能； 控制具有i r 补偿的电枢电压反馈：采用编码器反馈或模拟测速发电机 速度范围1 0 0 ：l ( 采用模拟测速发电机) 稳态精度0 0 1 ，编码器反馈：o 1 ，模拟测速反馈：2 ，电压反馈 参数调节 全软件，通过串行口或操作按键和l c d 显示器完成 保护高性能m o v s ；过电流：励磁故障；速度反馈故障；电机过热；晶闸管 组过热或触发电路故障；零速检测：停止逻辑：堵转等 诊断全数字化，锁存第一故障并自动显示；l c d 运行监控； 全部诊断信息可通过耻洱2 2 4 8 5 获得；l e d 电路状态指示 ( 2 ) 设计时强大的软硬件组态功能 5 9 0 的软件组态与硬件配置是紧密关联的。安装时，首先根据电机的参数特性，在面板 上进行励磁电压、励磁电流、电枢电压与电枢电流的额定值校准。5 9 0 的硬件i o 端口 共有1 4 个( 5 个a i ，3 个a o ，3 个d i ，3 个d o ) ，其中1 2 个可以根据外部连线情况进行软 件重组态，如：端口功能的重定向、幅值标度、上下限( 或门限) 设定、偏移或逻辑反转等。 5 9 0 的软件组态通过菜单m m i ( 人机接口) 操作来完成，或者通过欧陆的专用软件 c e l i t e 来进行参数组态。所有模块及其存储的变量数据均采用标记( t a g ) 形式，在近5 0 0 9 鹏安石油人学硕l j 学f 秒论文 - 4 、t a g 中，约有9 0 可进行读写操作软件设置。这样的灵活性是以往调速器无法比拟的。 ( 3 ) 附加的特殊功能模块 1 ) p i d 模块。它这是独立于控制回路的附加研i 节，可用于外部回路要求调整的用途。 其功能包括：独立的增益和时间常数、带滤波的p i p i i p d i p i d 、输入输出换算、止负限定 等。 2 ) 卷取机模块。该模块是为卷取机应用专门设计的，由多个r 模块组成，用- j ：i 习- f d ；或 = ：环的卡轴卷取控制。 | 一j 时5 9 0 装置内部的数字电路对堵转、速度反馈、缺相、脉冲丢失、过热、磁场过 流、电枢过压等故障能自动检测，并彳丁效执行保护，并由发光：极销；电路进行状态显示。 2 , 3 2c e l i t e 软件设置j 5 9 0 调速器_ | 二的系统端【jp 3 可以用来传送利接收发彳卞p c 机和来自p c 机的数据的 参数，它使用欧陆专用的p c 编程软件c o n f i g e dl i t e ( 简称c e l i t e ) 通过数据线连接到 p c 机的串口( c o m 口) 一卜进行通刊7 i 。用户通过c e l i t e 软件叮以看到调速器的所有模 块，并可以方便的调整模块里的参数，然后下载到调速器里。 以卷取机为例，图2 3 为软件设置： ( a ) c o m 口设置 1 0 第_ 审纵剪生，- 线直流调速系统 ( b ) 设置c o m 口波特率 ( c ) 设置斜坡参数 ( d ) 下载参数 撕安油人学硕十。学化论文 e ) 上传参数 图2 - 3c e l i t e 软件设置 打开c e l i t e 软件后，单面有系统默认的各型号的配置程序，我们选择5 9 0 的默认程 序。打开后另存为一个文件名( 此例取名卷取机) 。然后在工具栏中点击c o m m a n d 按钮， 如图2 3 ( a ) 所示，在卜拉条中选择c o m m s ( c o m 口设置) 。 然后出现图2 3 ( b ) 所示的对话框，在对话框中选择c o m 口的波特率，要与5 9 0 的p 3 波特率一致。 这时比如说我们要设置斜坡( r a m p s ) 的一些参数，那我们叮以鼠标双击r a m p s 模块出现2 3 ( c ) 所示的窗f _ ，然后我们可以设置我们需要的参数。 所有我们需要设冒修改的参数完成后，点击f u l li n f o ( 写入参数) ，如图2 3 ( d ) 所 示川击此键会出现一个窗口，然后点击安装键( i n s t a l l ) 就可以把在软件l 二作的程序输 入到5 9 0 调速器毕。 如果我们需要查看或是保存5 9 0 调速器上的参数设胃，可使用u p d a t e ( 读出参数) 功能，点击此键后出现图2 3 ( e ) 所示的一个窗v i ，点击读出参数( u p d a t e ) 键就可以 读出5 9 0 调速器的程序到电脑上。这样我们就可以看到当前5 9 0 调速器里的参数设置或 将调速器一i ：读出的程序进行保存或另存。 2 4s 7 3 0 0 p l c 介绍【1 4 - 1 7 s 7 3 0 0 是模块化中小型p l c 系统，它能满足中等性能要求的应用。模块化，无排 风扇结构，易于实现分布，易于用户掌握等特点使得s 7 3 0 0 成为各种从小规模到中等 性能要求控制任务的方便又经济的解决方案。s i m a t i cs 7 3 0 0 可编程序控制器是模块 化结构设计。各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展，灵活而易于维护大量功 能支持和帮助用户进行编程、启动和维护集成有丌放型现场总线接fjp r o f i b u s d p 网络接口和m p i 全局数据网络接口用于同时连接编程器、p c 机、人机界而系统及其它 第二章纵剪生产线直流调速系统 自动化控制系统。以s t e p 7 编程软件进行控制系统的组态、编程方便而灵活，可使用标 准的梯形逻辑、功能块图或语句表多种方式进行编程。增强了系统可靠性，又提高了自动 化控制水平。 s 7 3 0 0p l c 是模块化组成结构，主要组成部分有导轨( r a c k ) 、电源模块( p s ) ，中 央处理器c p u 模块、接口模块( ( i m ) ，信号模块( s m ) ，功能模块( f m ) 等。 中央处理单元( c p u ) ：各种c p u 有各种不同的性能，例如，有的c p u 上集成有输入 输出点，有的集成有p r o f i b u s d p 通讯接口等。 功能模块( f m ) ：用于高速计数，定位操作和闭环控制。 电源模块( p s ) ：用于将s i m a t i cs 7 3 0 0 连接到1 2 0 2 3 0 伏交流电源，或2 4 4 8 6 0 1 1 0 伏 直流电源。 接口模块( i m ) ：用于多机架配置时连接主机架( c r ) 和扩展机架( e r ) 。 西门子公司是欧洲最大的p l c 制造商，在大中型市场上有着重要的地位。西门子 s 7 系列p l c 网络，采用三级总线复合型结构，最底层为远程i o 接口，现场控制信号和 过程信号可以连接到a s i n t e r f a c e 总线上。中间一级为p r o f i b u s 现场总线或m p i 多点 接口，可承担现场、控制、监控三级通信，采用令牌和主从轮询相结合的存取控制方式。 最高一级为工业以太网，负责传送生产管理信息。 在车间级和现场级，西门子的p l c 网络采用p r o f i b u s 技术连接控制器和传感器、 执行器、远程i o 、控制面板等，将现场设备通过一条总线连接起来。考虑到车间级网 络和现场级网络的不同通信要求，现场控制信号可以连接到a s i n t e r f a c e 或e i b 总线上， 再通过转换器接到p r o f i b u s d p 上，也可以直接连接到p r o f i b u s d p 上。 使用西门子p l c 网络，可以很容易地实现工业控制系统中数据地横向和纵向集成， 很好的满足工业领域的通信要求，用户也可以很方便的实现对整个网络的监控。 s t e p 7 编程软件是基于w i n d o w s 9 5 9 8 或w i n d o w sn t 的为s 7 3 0 0 4 0 0 p l c 配置和 编程的标准软件包，是s i m a t i c 工业软件的组成部分。主要功能包括： 建立和管理项目 对硬件和通讯作组态和参数赋值 管理符号 创建程序，例如为s 7 p l c 创建程序 下载程序到可编程控制器 测试自动系统 诊断设备故障 s t e p 7 的组成结构如图2 - 4 所示 两安石油大学硕士学位论文 图2 - 4s t e p 7 的组成结构 ( 1 ) s i m a t i c 管理器 s i m a t i c 管理器是用户组态和编程的基础，在s i m a t i c 管理器中用户可以进行以 下操作：建立项目、硬件组态及参数设置、组态硬件网络、编写程序、编辑、调试程序。 ( 2 ) 硬件组态 使用这个功能，可以为自动化项目的硬件进行组态和参数赋值。 ( 3 ) 诊断硬件 这些功能可以向你提供可编程控制器的状态概况。这个概况中可以显示符号，指示 每个模板是否正常或有故障。 ( 4 ) 符号编辑器 使用s y m b o le d i t o r ( 符号编辑器) ，可以管理所有的共享符号。 ( 5 ) 编程语言 用于s 7 3 0 0 和$ 7 - 4 0 0 的编程语言梯形逻辑图( l a d d e rl o g i c ) 、语句表( s t a t e m e n tl i s t ) 和功能块图( f u n c t i o nb l o c kd i a g r a m ) 都集成在一个标准软件包中。 ( 6 ) 通讯组态 通过m p i ，可以实现使用n e t p r o 时间驱动的循环数据传送。 s t e p 7 为用户提供了三种标准化的p l c 编程语言：梯形逻辑( l a d ) ，语句表( s t l ) 和功能图( f b d ) 。每种语言各有其优点：l a d 和f b d 编辑器容易输入并且直观，它们 是以方便用户的功能为特征的，如拖放功能，复制和粘贴功能，而且链接库中有现成的 复杂功能( 如p i d 控制器) 或用户自己的标准方案。s t l 使用户能在程序中最好的使用时 间和存储区域。它使以增量方式或自由文本方式输入资料成为可能，用户既可以立即按 “增量”检查每一个输入的正确性又可以先在文本编辑器上用符号生成整个程序，然后 用适当的符号表进行转换。 s t e p 7 将用户程序指令存放在“块”中。通常，用户程序有组织块( o b ) 、功能块 ( f b 和f c ) 、数据块( d b ) 构成。 1 4 第二章纵剪生产线直流调速系统 组织块( o b ) 是系统操作程序与用户应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程 序的运行。o b 块根据操作系统调用的条件( 如事件中断、报警中断) 分为几种类型，这 些类型有不同的优先级，高优先级的o b 可以中断低优先级的o b 。每个s 7c p u 中包含 一套可编程的o b 块，不同的o b 块执行特定的功能。o b l 是主程序循环块，o b 3 5 是 时间中断块等。 功能块( f b 和f c ) 实际上是用户子程序，分为带“记忆的功能块f b 和不带“记 忆”的功能块f c ，前者有一个数据结构与该功能块的参数表完全相同的数据块( d b ) 附 属于该功能块，并随着功能块的调用而打开，随功能块的结束而关闭。功能块f c 没有 背景数据块，当f c 完成操作时数据不能保持。 数据块( d b ) 是用户定义的用于存取数据的存储区，可以被打开或关闭。d b 可以是 属于某个