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摘要：介绍SIMOREG DC Master 6RA70全数字直流调速装置在棒材连轧生产线上的应用，说明其配置、功能及特点。采用此种全数字直流调速装置能有效提高直流调速传动控制系统的设计及调试效率、运行可靠性及维护水平。
关键词：全数字直流调速装置 主传动 辅助传动 参数组态
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-528-01
1、前言：
莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂小型成材车间合金钢棒材生产线由φ550×1三辊往复粗轧机组、φ450×6连轧中机组、φ350×6连轧精轧机组、1台起停式飞剪、1台步进式冷床、1台500t冷剪、3台在线自动打捆机及相应运输辊道组成，轧制速度2.8～16m/s，主要生产碳结、合结、齿轮、弹簧、轴承等品种，成品规格Φ12～Φ60mm。整條生产线主要电气设备及自动控制系统均由德国西门子公司产品，其中中、精轧机组主传动与飞剪辅助传动采用SIMOREG DC Master 6RA70全数字直流调速装置，测速反馈采用脉冲编码器，构成全数字直流调速传动控制系统。
2、SIMOREG DC Master 6RA70的配置及功能：
SIMOREG DC Master 6RA70是一种紧凑式全数字直流调速装置，主要应用于中、小功率的直流调速传动领域。其额定电压400～750V，额定电流15～2000A，通过并联SITOR晶闸管功率单元可以将额定电流扩展至10000A。小容量的6RA70还可以附带最大励磁电流为40A的励磁控制装置，构成集电枢控制与励磁控制于一体的完整的直流调速传动控制系统。
2.1、硬件配置
SIMOREG DC Master 6RA70的硬件采用模块组合、紧凑布置的结构，由各种标准插件板及模块组成，各组件易于拆卸，方便维护及检修，主要分为功率单元及控制单元。
2.1.1功率单元
分为附带励磁控制装置和不带励磁控制装置两种，附带励磁控制装置的由电枢主电路及励磁主电路组成，不带励磁控制装置的只有电枢主电路。电枢主电路采用三相全控桥整流线路，四象限运行可选，采用逻辑无环流双桥反并联接线；励磁主电路采用单相半控整流线路。额定电流15～800A的功率器件采用晶闸管模块，额定电流800～2000A的功率器件采用平板式SITOR晶闸管组件。
2.1.2控制单元
由主控制板、高级工艺控制板选件及各种接口板选件组成，具有RS232/RS485标准自动化接口、模拟输入/输出接口、数字输入/输出接口。主控制板上主要装有高性能的16位微处理器模块、EPROM模块、各种接口模块及简易操作面板，在装置或控制柜的门上安装操作面板选件。
2.2、 软件组态及功能
SIMOREG DC Master 6RA70的控制软件采用功能模块组合方式，与控制单元的硬件相配合，可以实现各种开/闭环控制、监视及辅助功能，各功能模块的有机组合，即构成了直流调速传动控制系统的控制模式，而各功能模块的性能及采用与否要由输入的控制参数来决定，即所谓的参数组态。
对于附带励磁控制装置的6RA70，其控制软件主要由电枢闭环控制及励磁闭环控制两组功能模块组成；对于不带励磁控制装置的SIMOREG K 6RA70，其控制软件只由电枢闭环控制一组功能模块组成。
6RA70的基本控制模式为速度及电流闭环的双环控制系统，根据需要可以附加高级工艺控制功能模块作为直流调速传动控制系统的外环。
电枢闭环控制主要包括给定值、工艺调节器、斜坡函数发生器、速度实际值、速度调节器、转矩限幅、电流限幅、电流实际值、电流调节器、电流预控制器、逻辑无环流自动反向控制、触发单元等功能模块。其中各调节器均为PI调节器，用于实现各种闭环控制功能。
在电枢闭环控制中，用工艺调节器作为直流调速传动控制系统的外环，与PT10高级工艺控制板选件相配合，实现张力、比率、位置、功率或压力等工艺过程的闭环控制；用速度调节器实现速度的闭环控制，通过将转矩给定值加到速度调节器的输出上，可以实现速度环的前馈控制，以改善速度环的动态响应；用电流调节器实现电流的闭环控制，通过将电流预控制器与电流调节器并联，可以实现电流环的前馈控制，以改善电流环的动态响应，确保触发单元无论在电流连续/断续，甚至在转矩反向时都能迅速、准确地发出触发脉冲。
励磁闭环控制主要包括反电势给定值、反电势实际值、反电势调节器、反电势预控制器、励磁电流限幅、励磁电流实际值、励磁电流调节器、励磁电流预控制器、触发单元等功能模块。其中反电势调节器为PI调节器，用于实现反电势环的自动控制，通过将反电势预控制器与反电势调节器并联，可以实现反电势环的前馈控制，以改善反电势环的动态响应。
3、 SIMOREG DC Master 6RA70的特点：
3.1、输入/输出接口的功能可选
通过参数组态可以选择模拟及数字输入/输出接口的功能，以满足实际需要。
3.2、多种速度给定值及速度实际值选择
通过参数组态可以选择模拟/数字输入接口、内置电子电位器、串行通信接口、高级工艺控制板选件等作为速度给定值源。通过参数组态可以选择测速发电机、脉冲发生器、反电势作为速度实际值的3种基本方式，以适应不同控制精度要求；此外，可以利用模拟输入接口或标准自动化接口作为速度实际值源，用于实现高级工艺过程控制。
3.3、灵活的操作方式
既可应用主控制板上的简易操作面板（或装置及控制柜门）上的操作面板选件实现就地操作，又可应用上级自动化控制系统（或PC机）实现远程操作。而便捷的紧急停车功能，可以实现紧急情况下的快速停车，无需微处理器的干预。 3.4、可实现各种形式的通信控制
RS232串行通信接口可以完成6RA70与PC机或各6RA70之间的点-点通信；RS485串行通信接口可以完成6RA70与上级自动化控制系统之间的连网通信。通过CS51通信接口板选件，可以更方便、有效地实现上述功能。
3.5、可以实现控制性能的自动优化
在调试过程中，6RA70可以自动进行相关调节器的优化运行、控制系統参数的匹配及偏差补偿，以确保直流调速传动控制系统具有最佳的控制性能。
3.6、灵活的参数组态
通过输入不同的控制参数即可方便、灵活地组态直流调速传动控制系统的控制功能，构成各种型式的直流调速传动控制系统，简化了工程设计、系统调试及运行过程，提高了工作效率。这也是6RA70最主要的特点。
3.7、全面的状态监视、故障诊断及信号跟踪
其状态监视及故障诊断系统可以全面显示运行状态、输入/输出信号状态、实际检测值、各种内/外部报警及故障等信息。最近发生的4个故障信息被存储在跟踪存储器中，供检测分析故障用；在跟踪存储器中可以存储8个不同的实际检测值，以供随时调用。
4、SIMOREG DC Master 6RA70的应用：
在棒线材连轧生产线的直流调速传动控制系统中，全部直流主传动及大部分直流辅助传动的6RA70，均通过参数组态方式构成带弱磁控制的速度及电流闭环的双环控制系统，并采用PT10高级工艺控制板选件作为外环控制，实现轧机主轴定位控制、轧件同步定位控制及轧线的物料跟踪。
每套直流主传动系统采用RS232串行通信接口完成其电枢控制6RA70与励磁控制6RA70之间的点-点通信；所有直流主传动电枢控制6RA70与直流辅助传动6RA70均采用CS51通信接口板选件，通过Profibus-DP现场总线完成与上级自动化控制系统之间的连网通信，从而实现整条生产线直流调速传动控制系统的分级控制及联动控制。
此外，所有6RA70均采用RS232串行通信接口完成与PC机之间的点-点通信，用SIMOVIS服务程序实现对6RA70的参数组态、启动控制、运行监视及报警/故障显示。
正常运行时棒线材连轧生产线直流调速传动控制系统所有的轧制给定、微张力控制、活套控制等控制功能均由上级自动化控制系统实现。
5、结束语：
通过已完成的技术培训、设备安装、热负荷调试及正在进行的生产，我们感受到由SIMOREG DC Master 6RA70构成的直流调速传动控制系统具有高度的可靠性，简易的操作性，方便的维护性，可充分满足生产工艺的要求，保证棒线材连轧生产线正常生产及产品的精度、质量。
参考文献：
[1]SIMOREG DC Master 6RA70 系列使用说明书.SIEMENS，2000.
[2]电气传动自动化技术手册.机械工业出版社.1998.08
关键词：全数字直流调速装置 主传动 辅助传动 参数组态
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-528-01
1、前言：
莱芜钢铁股份有限公司特殊钢厂小型成材车间合金钢棒材生产线由φ550×1三辊往复粗轧机组、φ450×6连轧中机组、φ350×6连轧精轧机组、1台起停式飞剪、1台步进式冷床、1台500t冷剪、3台在线自动打捆机及相应运输辊道组成，轧制速度2.8～16m/s，主要生产碳结、合结、齿轮、弹簧、轴承等品种，成品规格Φ12～Φ60mm。整條生产线主要电气设备及自动控制系统均由德国西门子公司产品，其中中、精轧机组主传动与飞剪辅助传动采用SIMOREG DC Master 6RA70全数字直流调速装置，测速反馈采用脉冲编码器，构成全数字直流调速传动控制系统。
2、SIMOREG DC Master 6RA70的配置及功能：
SIMOREG DC Master 6RA70是一种紧凑式全数字直流调速装置，主要应用于中、小功率的直流调速传动领域。其额定电压400～750V，额定电流15～2000A，通过并联SITOR晶闸管功率单元可以将额定电流扩展至10000A。小容量的6RA70还可以附带最大励磁电流为40A的励磁控制装置，构成集电枢控制与励磁控制于一体的完整的直流调速传动控制系统。
2.1、硬件配置
SIMOREG DC Master 6RA70的硬件采用模块组合、紧凑布置的结构，由各种标准插件板及模块组成，各组件易于拆卸，方便维护及检修，主要分为功率单元及控制单元。
2.1.1功率单元
分为附带励磁控制装置和不带励磁控制装置两种，附带励磁控制装置的由电枢主电路及励磁主电路组成，不带励磁控制装置的只有电枢主电路。电枢主电路采用三相全控桥整流线路，四象限运行可选，采用逻辑无环流双桥反并联接线；励磁主电路采用单相半控整流线路。额定电流15～800A的功率器件采用晶闸管模块，额定电流800～2000A的功率器件采用平板式SITOR晶闸管组件。
2.1.2控制单元
由主控制板、高级工艺控制板选件及各种接口板选件组成，具有RS232/RS485标准自动化接口、模拟输入/输出接口、数字输入/输出接口。主控制板上主要装有高性能的16位微处理器模块、EPROM模块、各种接口模块及简易操作面板，在装置或控制柜的门上安装操作面板选件。
2.2、 软件组态及功能
SIMOREG DC Master 6RA70的控制软件采用功能模块组合方式，与控制单元的硬件相配合，可以实现各种开/闭环控制、监视及辅助功能，各功能模块的有机组合，即构成了直流调速传动控制系统的控制模式，而各功能模块的性能及采用与否要由输入的控制参数来决定，即所谓的参数组态。
对于附带励磁控制装置的6RA70，其控制软件主要由电枢闭环控制及励磁闭环控制两组功能模块组成；对于不带励磁控制装置的SIMOREG K 6RA70，其控制软件只由电枢闭环控制一组功能模块组成。
6RA70的基本控制模式为速度及电流闭环的双环控制系统，根据需要可以附加高级工艺控制功能模块作为直流调速传动控制系统的外环。
电枢闭环控制主要包括给定值、工艺调节器、斜坡函数发生器、速度实际值、速度调节器、转矩限幅、电流限幅、电流实际值、电流调节器、电流预控制器、逻辑无环流自动反向控制、触发单元等功能模块。其中各调节器均为PI调节器，用于实现各种闭环控制功能。
在电枢闭环控制中，用工艺调节器作为直流调速传动控制系统的外环，与PT10高级工艺控制板选件相配合，实现张力、比率、位置、功率或压力等工艺过程的闭环控制；用速度调节器实现速度的闭环控制，通过将转矩给定值加到速度调节器的输出上，可以实现速度环的前馈控制，以改善速度环的动态响应；用电流调节器实现电流的闭环控制，通过将电流预控制器与电流调节器并联，可以实现电流环的前馈控制，以改善电流环的动态响应，确保触发单元无论在电流连续/断续，甚至在转矩反向时都能迅速、准确地发出触发脉冲。
励磁闭环控制主要包括反电势给定值、反电势实际值、反电势调节器、反电势预控制器、励磁电流限幅、励磁电流实际值、励磁电流调节器、励磁电流预控制器、触发单元等功能模块。其中反电势调节器为PI调节器，用于实现反电势环的自动控制，通过将反电势预控制器与反电势调节器并联，可以实现反电势环的前馈控制，以改善反电势环的动态响应。
3、 SIMOREG DC Master 6RA70的特点：
3.1、输入/输出接口的功能可选
通过参数组态可以选择模拟及数字输入/输出接口的功能，以满足实际需要。
3.2、多种速度给定值及速度实际值选择
通过参数组态可以选择模拟/数字输入接口、内置电子电位器、串行通信接口、高级工艺控制板选件等作为速度给定值源。通过参数组态可以选择测速发电机、脉冲发生器、反电势作为速度实际值的3种基本方式，以适应不同控制精度要求；此外，可以利用模拟输入接口或标准自动化接口作为速度实际值源，用于实现高级工艺过程控制。
3.3、灵活的操作方式
既可应用主控制板上的简易操作面板（或装置及控制柜门）上的操作面板选件实现就地操作，又可应用上级自动化控制系统（或PC机）实现远程操作。而便捷的紧急停车功能，可以实现紧急情况下的快速停车，无需微处理器的干预。 3.4、可实现各种形式的通信控制
RS232串行通信接口可以完成6RA70与PC机或各6RA70之间的点-点通信；RS485串行通信接口可以完成6RA70与上级自动化控制系统之间的连网通信。通过CS51通信接口板选件，可以更方便、有效地实现上述功能。
3.5、可以实现控制性能的自动优化
在调试过程中，6RA70可以自动进行相关调节器的优化运行、控制系統参数的匹配及偏差补偿，以确保直流调速传动控制系统具有最佳的控制性能。
3.6、灵活的参数组态
通过输入不同的控制参数即可方便、灵活地组态直流调速传动控制系统的控制功能，构成各种型式的直流调速传动控制系统，简化了工程设计、系统调试及运行过程，提高了工作效率。这也是6RA70最主要的特点。
3.7、全面的状态监视、故障诊断及信号跟踪
其状态监视及故障诊断系统可以全面显示运行状态、输入/输出信号状态、实际检测值、各种内/外部报警及故障等信息。最近发生的4个故障信息被存储在跟踪存储器中，供检测分析故障用；在跟踪存储器中可以存储8个不同的实际检测值，以供随时调用。
4、SIMOREG DC Master 6RA70的应用：
在棒线材连轧生产线的直流调速传动控制系统中，全部直流主传动及大部分直流辅助传动的6RA70，均通过参数组态方式构成带弱磁控制的速度及电流闭环的双环控制系统，并采用PT10高级工艺控制板选件作为外环控制，实现轧机主轴定位控制、轧件同步定位控制及轧线的物料跟踪。
每套直流主传动系统采用RS232串行通信接口完成其电枢控制6RA70与励磁控制6RA70之间的点-点通信；所有直流主传动电枢控制6RA70与直流辅助传动6RA70均采用CS51通信接口板选件，通过Profibus-DP现场总线完成与上级自动化控制系统之间的连网通信，从而实现整条生产线直流调速传动控制系统的分级控制及联动控制。
此外，所有6RA70均采用RS232串行通信接口完成与PC机之间的点-点通信，用SIMOVIS服务程序实现对6RA70的参数组态、启动控制、运行监视及报警/故障显示。
正常运行时棒线材连轧生产线直流调速传动控制系统所有的轧制给定、微张力控制、活套控制等控制功能均由上级自动化控制系统实现。
5、结束语：
通过已完成的技术培训、设备安装、热负荷调试及正在进行的生产，我们感受到由SIMOREG DC Master 6RA70构成的直流调速传动控制系统具有高度的可靠性，简易的操作性，方便的维护性，可充分满足生产工艺的要求，保证棒线材连轧生产线正常生产及产品的精度、质量。
参考文献：
[1]SIMOREG DC Master 6RA70 系列使用说明书.SIEMENS，2000.
[2]电气传动自动化技术手册.机械工业出版社.1998.08