1、引言随着材料技术、电力电子技术、控制理论技术、计算机技术、微电子技术的快速发展以及电机制造工艺水平的逐步提高，交流伺服技术-交流伺服电机和交流伺服控 制系统已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。目前，交流伺服系统的智能化、网络化控制是交流伺服控制的两个重要发展方 向。 在济钢asp1700薄板坯连铸连轧项目中，连铸机结晶器调宽系统采用了基于profibus总线的全数字智能化交流伺服控制系统，是当今世界最先进伺服控制技术。 2、连铸机结晶器调宽工艺 济钢第三炼钢厂asp1700薄板坯连铸连轧结晶器采用直结晶器，由两个宽面和两个窄面构成，长1200mm，内腔厚度最宽150mm，调宽范 围：100mm～150mm。其中窄面是可以活动的，以便在连铸机准备和浇注期间调节结晶器的宽度和锥度（图1）。结晶器采用一组拉杆夹紧两个宽面和两个 窄面，拉杆通过弹簧组保持夹紧力，拉杆上的液压缸可以在调宽过程中压缩弹簧，以使窄面能容易移动，快速打开宽面。液压缸压力可连续调节，随板坯的宽度变化 来调节夹紧力，实现软夹紧。由于该压力不是夹紧宽面，因此在液压压力失效时，弹簧能够保持夹紧力而不会有危险。
结晶器调宽系统包括：4套丝杠机构，每个窄面2套;4套带有旋转变压器的交流异步伺服电动机，固定在浇注平台下的冷却室外;4个万向轴、4套交流伺服控制 单元。结晶器调宽窄面控制机械结构，如图1所示。每一个窄面使用伺服单元控制调宽电机驱动，可以改变两边宽度和每个面的锥度。由于调宽时生产的板坯窄面不 是直的，这意味着在调宽期间窄面铜板与坯壳之间的气隙的产生，避免漏 钢，在调整宽度的同时必须调整锥度。为了减小凝固坯壳的应力，窄面的调整应缓慢进行。为保证坯壳与铜板紧密接触，结晶器锥度随宽度的减小而减小，随宽度增 加而加大。控制系统根据钢种、浇注速度、要求的锥度和板坯定尺，在浇注期间为各边的运动选择不同的算法。 3、结晶器调宽控制系统 结晶器调宽控制系统采用西门子s7-400plc，伺服单元选用西门子masterdrives mc全数字运动控制器，具有过载能力大，调速范围宽等特点，设有tp270人机界面，可设定和故障监视功能。每个伺服电机自有一套伺服单元，采用位置环、 速度环、电流环三环控制，是一种高动态响应、高精度的运动控制方式。传动系统经profibus总线和plc及tp270相连。伺服电机采用伦兹 （mdskars090-22）三相交流异步伺服电动机，功率2.6kw，额定速度2300rpm。生产工根据生产钢种结晶器宽度、锥度设定值输入到人机 界面上，经profibus总线传输给调宽plc，plc运算后，给各个伺服单元发出位置控制信号，伺服单元将伺服电机旋转变压器信号换算出的实际位置信 号和实际速度信号分别作为位置环反馈信号和速度环反馈信号实现三环控制，而使系统快速平滑地跟随位置设定值，保证结晶器上下口电机的恒定速度差，实现窄面 铜板的精确定位。整个控制系统是以伺服电机电流环、电机速度为内环，窄面铜板位置为外环的三环控制结构，系统精度高，速度响应快，运行平稳可靠，定位准 确，调宽控制系统结构见图2所示。
4、关于profibus现场总线 4.1 现场总线的定义及特点 现场总线作为连接控制系统中现场级装置和控制设备的双向数字通信网络，与传统的dcs系统相比其优点是明显的：增强了现场信息的集成能力;抗干扰能力增 加、系统可靠性提高;安装便捷、可维护性好;具有开放性、互操作性、互换性、可集成性;降低了工程成本;具有ip67防护等级，可现场安装;能自动诊断故 障部位。 4.2 profibus总线的特点 4.3 profibus-dp的数据通讯格式
4.4 profibus-dp的可用数据 对于传动装置可用数据区被划分成2个数据区，它们以各自的报文进行数据传送： （1）过程数据区（pzd） （2）参数区（pkw） pkw:参数标识符;
5、基于profibus的交流伺服控制系统硬件组成 5.1 plc系统 5.2 人机界面 根据工艺特点及现场环境，结晶器调宽人机界面选择tp270操作面板。tp270属于simatic hmi（人机界面）产品系列中文本图形触模式操作面板，在性能上有以下特点： （1） 简单快速配置，配置数据是可以恢复的; （2） 可用标准windows工具进行配置; （3） 使用软键、功能键或触模控制，简化了操作，也保障了操作的安全性，易于使用; （4） 和西门子plc完美结合，使整个系统在硬件和软件均达最优化，尤其是通讯支持profibus-dp总线协议。 5.3 mc控制器 结晶器调宽伺服控制器选用的是西门子公司masterdrives mc运动控制器，该控制器是应用于高动态响应循环机械控制的控制器，是完全智能化的控制系统。mc控制器有以下特点： （1） 高动态响应，高过载能力 mc驱动器使用了32位dsp数字控制技术，dsp器件内部具有功能强大的硬件计算电路和特殊的总线结构，具有强大的数字信号处理功能;mc运动控制驱动器同时具有极高的过载因数，250ms内300%的过载能力。 （2） 通用性强 它能够控制任何型号的电机，具有的模块化、插入式可选编码器功能模板可以完成所有的驱动任务，有支持脉冲编码器（ttl/htl）的sbp板，支持旋转变 压器的sbr2板，支持多圈编码器（eqn，eqi, endat/ssi或sin/cos）编码器的sbm2板，都可以非常容易地与系统相连接。 （3） 强大的通讯能力 mc运动控制驱动器具有支持各种现场总线的可选模板，这些接口模板的设置，显著地增强了伺服单元与其它控制设备间的互联能力。mc运动控制驱动器的各种通 讯模板中有支持profibus总线的cbp2板，profibus-dp是当今世界上最为成功和流行的现场总线标准，在profibus cbp2功能模板上实现同级模块之间相互通讯，尤其在西门子产品系统集成中，更显示其优点。 6、交流伺服控制系统硬件配置 在交流伺服控制系统中，plc硬件组态、编程使用step7 v5.3，step 7是用于simatic可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包;系统操作界面tp270使用protool进行组态及编程，protool是用于可视化 过程的使用简单、高性能的可视化软件，可在windows95/98,2000下运行。 6.1 组态plc主站系统 （1） 在plc项目ccm2下新建项目plc-3（nwa-ccm1），点击右键，在弹出的菜单中选择“insert new object”下“simatic 400 station”，插入s7-400站; （2） 组态硬件：双击“hardware”选项，进入“hw config”窗口，点击“catalog”图标打开硬件目录，按硬件安装次序和订货号依次插入机架、电源、cpu、通讯模块、两块输入、输出模块; （3） 插入cpu模块后会同时弹出profibus组态界面，新建profibus命名为profibus_plc3，地址定义为2，点击 “properties”按钮组态网络属性，选择”network settings”进行网络参数设置，profibus的传输速率为“1.5mbps”,行规为“dp”; （4） 在plc的profibus属性operation mode中将其设为dp master。 6.2 mc运动控制器的profibus从站组态 （1）组态从站
（2）通讯区定义
（3）数据区定义 3#mc（5#站）： 4#mc（6#站）： 6.3 tp270的profibus从站组态 （1）在项目ccm2下新建项目tp270_moldwidh_ adjust，点击右键，在弹出的菜单中选择“insert new object”下“simatic op”，插入tp270站; （2）双击tp270_moldwidth_adjust项目，进入protool编程环境，选择操作面板tp270; （3）输入调宽系统plc的名称plc_3，选择sim- atic s7-300/400 v6.0协议; （4）点击“parameters”按钮，进行参数设置，连接op到网络的方式，是选择plc_3网络，dp地址选择1，使用路径方式，如图7所示。
7、交流伺服控制系统软件应用 7.1 plc数据profibus传输编程 call "dprd_dat" ;调用dp读命令 7.2 mc控制器通信参数定义 （1） 过程数据输出区在mc控制器的传输格式 过程数据输出区pzd1-pzd10和mc控制器的寄存器变量k3001-k3010是一一对应的关系，可以根据需要定义双字节数据，在该系统实际应用中，分别用k3007和k3008构成一个双字节数据，用k3009和k3010构成一个双字节数据。 （2） 过程数据输出区在mc控制器应用 在实际应用中，mc控制器主要应用过程数据输出区数值定义以下参数： p554=k3100 装置控制字 （3） 过程数据输入区在mc控制器的传输格式 过程数据输入区pzd1-pzd10和mc控制器的参数p734.1-p734.10是一一对应的关系，可以根据需要定义双字节数据，在该系统实际应用中，分别用p734.2和p734.3构成一个双字节数据，p734.7和p734.8构成一个双字节数据。 （4） 过程数据输入区在mc控制器的实际应用 在实际应用中，mc控制器主要定义以下参数进行过程数据输入区数值传送: p734.1=k32 装置状态字 8、结束语 |
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