SimadynD控制系統(tǒng)原理硬件配置調(diào)試及常見故障診斷

1、Simadyn D控制系統(tǒng)原理、硬件配置、調(diào)試及常見故障診斷目錄第一章 SIMADYN D 主傳動循環(huán)變流器控制系統(tǒng)原理 2第一節(jié) TRANSVERTOR®控制2一、TRANSVERTOR®控制介紹 2二、TRANSVERTOR®控制系統(tǒng)功能 2三、矢量變換的控制原理和流程塊狀圖 3第二節(jié) 相位電流控制 3第三節(jié)循環(huán)變流器控制的追蹤功能 4第四節(jié) SIMADYN D循環(huán)變流器控制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖4第二章 Simadyn D硬件配置4第一節(jié) 硬件配置簡圖 4第二節(jié) 硬件配置簡要說明 6一、框架及其附件6二、各模塊概述6第三章 Simadyn D性能調(diào)試7第一節(jié) 調(diào)試

2、分類 7第二節(jié) 調(diào)試工具及步驟8第三節(jié) 調(diào)試中需要注意的問題9第四章 常見故障診斷9第一節(jié) 故障信息查閱9第二節(jié) 常見故障診斷 11一、故障代碼簡介11二、基本單元故障信息說明11第三節(jié) 故障診斷方法 11Simadyn D主傳動循環(huán)變流器控制系統(tǒng)，是軋鋼企業(yè)中廣泛采用的電力拖動系統(tǒng)，鲅魚圈鋼鐵分公司的熱軋和厚板的主傳動系統(tǒng)均采用了標(biāo)準(zhǔn)Simadyn D控制。其主要作用為：輔助一級AGC壓下系統(tǒng)使原料按照要求產(chǎn)生塑性形變，以快速穩(wěn)定的速度和力矩輸出實現(xiàn)傳動的雙閉環(huán)控制。第一章 SIMADYN D 主傳動循環(huán)變流器控制系統(tǒng)原理SIMADYN D主傳動循環(huán)變流器控制具有下列的控制功能：用于轉(zhuǎn)子定位

3、檢測用的TRANSVERTOR®控制，DC-磁通量調(diào)整控制，COS控制，弱磁控制；基速以上在恒功率范圍內(nèi)的對電壓進(jìn)行控制，具有自動增益調(diào)節(jié)功能以及為保證自動平穩(wěn)地從基速過渡到高速而對附屬的磁通量進(jìn)行控制。設(shè)定值參照一定比例的電源電壓。變頻保護(hù)（過流保護(hù)）在硬件和邏輯軟件中完成急停功能。電機(jī)會在一個受控的電流極限值基礎(chǔ)上反向觸發(fā)可控硅橋?qū)崿F(xiàn)停車。第一節(jié) TRANSVERTOR®控制一、 TRANSVERTOR®控制介紹軋機(jī)主傳動裝置操作性能需要一個真正意義上大功率的控制系統(tǒng)。通過使用TRANSVERTOR®控制，就可以獲得優(yōu)良的控制性能。TRANSVERT

4、OR®控制的原理是以改變定子電流的相位角為基礎(chǔ)的。而其修正的依據(jù)與有效磁通軸的角度相一致。要計算磁通的狀況，必須通過兩個相互增補(bǔ)的模型來對電機(jī)進(jìn)行模擬操作。通過這種方式，允許電機(jī)設(shè)備在整個轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍任何時刻都可以最佳注入電流。電流控制的原理等同于直流電機(jī)中的電流控制。TRANSVERTOR®控制的元件處于轉(zhuǎn)矩方向和磁通的方向。根據(jù)與系統(tǒng)有關(guān)的磁通電流設(shè)定點，由變頻器計算并形成一個旋轉(zhuǎn)電壓矢量。利用空間矢量調(diào)節(jié)和優(yōu)化的脈沖模型就可以達(dá)到一個優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩性能。TRANSVERTOR®控制允許電機(jī)設(shè)備在任何的時間內(nèi)都可以優(yōu)先注入超過整個轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍的電流值。這就意味

5、著同步電機(jī)從速度控制系統(tǒng)方面就可以像一個DC電機(jī)設(shè)備一樣工作。通過兩個相互增補(bǔ)的模型來對電機(jī)進(jìn)行模擬操作可以計算出磁通量。這兩個模型為“電流模型”和“電壓模型“。TRANSVERTOR®控制全部為數(shù)字化控制。其結(jié)果需要相對較少的不同硬件模塊，絕對的重復(fù)性設(shè)定以及真正意義上的先進(jìn)診斷和故障排除等。二、 TRANSVERTOR®控制系統(tǒng)功能系統(tǒng)包括下列功能：1. 通過測出來的定子電流和電壓值，電壓模塊來計算定向變量用來定位旋轉(zhuǎn)磁通矢量；2. 通過安裝在電機(jī)軸上的脈沖發(fā)生器利用增益脈沖，電流模塊來計算勵磁量來確定轉(zhuǎn)子在停機(jī)狀態(tài)下的初始位置以及運行過程中的具體位置；3. 可調(diào)的智能

6、弱磁特性；4. 磁通控制器可以在定子電流和勵磁電流的勵磁部件上運行；5. 利用測出的定子電壓和電流，電壓模塊計算出磁通矢量的角度和絕對值；6. 利用脈沖發(fā)生器信號和電流設(shè)定點，電流模塊計算出磁通矢量的角度和絕對值并可以計算出勵磁電流設(shè)定點。7. 參考值可以在一個正確的相位比例關(guān)系中給出三相電流設(shè)定點；8. 正向電壓饋電系統(tǒng)為次級電流控制提供了極為良好的響應(yīng)特性；9. 磁通控制的勵磁調(diào)節(jié)原理是確定電機(jī)設(shè)備的磁通量并預(yù)先設(shè)定從勵磁調(diào)節(jié)電流設(shè)定值推算出來的定子電流設(shè)定值；10. 結(jié)合在電機(jī)模型基礎(chǔ)上的電壓和電流，從測出的定子電流和電壓值中確定電機(jī)磁通的角度和幅度；11. 在勵磁建立的過程中求出EMF

7、電壓值，利用這個數(shù)值確定轉(zhuǎn)子軸在停機(jī)狀態(tài)下的機(jī)械角；12. 電機(jī)的COS 控制器給出勵磁產(chǎn)生定子電流用的設(shè)定點；13. 帶有附屬勵磁電流控制器的磁通控制器在運行穩(wěn)定狀態(tài)下可以提供出一個恒定的設(shè)備磁通量；14. 轉(zhuǎn)子的勵磁控制更為經(jīng)濟(jì)。在停機(jī)狀態(tài)下可以將勵磁降到最低點，而在重新啟動之前可以自動增加勵磁。三、 矢量變換的控制原理和流程塊狀圖。SIMOVERT D矢量變換控制塊狀圖單線圖第二節(jié) 相位電流控制電流控制器具有有源限定功能并在間歇的電流范圍內(nèi)進(jìn)行自動增益調(diào)節(jié)和綜合動作時間調(diào)節(jié)；命令組件用于邏輯順序控制以及歸零狀態(tài)下達(dá)到最小電流值；一旦記錄到過電流現(xiàn)象可以進(jìn)行脈沖切換；逆變器觸發(fā)角的限定決定

8、電流值；電流的限定值設(shè)定為可調(diào)值。同步模塊用以補(bǔ)償變壓器相位的切換。會從一個變壓器和高壓開關(guān)柜上取同步電壓。第三節(jié) 循環(huán)變流器控制的追蹤功能為了進(jìn)行快速維護(hù)工作，在循環(huán)變流器傳動裝置的數(shù)字傳動控制中提供了一個TRACE (追蹤) 功能包。TRACE (追蹤) 功能包中存儲著幾個通道，可自由進(jìn)行編程（如i act, u act, n ref, n act 等等）并且由一個錯誤信息（可自由編程）進(jìn)行觸發(fā)。至于TRACE (追蹤) 功能包顯示什么樣的信號可以在操作面板上進(jìn)行選擇。存儲的數(shù)值會通過模擬輸出被記錄下來。第四節(jié) SIMADYN D循環(huán)變流器控制控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖控制系統(tǒng)配置圖第二章 Sima

9、dyn D硬件配置第一節(jié) 硬件配置簡圖Simadyn D的硬件組成單線簡圖如圖-標(biāo)準(zhǔn)Simadyn D硬件配置，圖中示出主要功能模塊和核心組件。標(biāo)準(zhǔn)Simadyn D硬件配置第二節(jié) 硬件配置簡要說明一、 框架及其附件標(biāo)準(zhǔn)Simadyn D的框架為24槽，硬件為以下結(jié)構(gòu)：槽槽號001002003004005006007008009010111112113114115116117118119220221222223224塊名稱PPM6IIT41SSPAREMMM4PPM6IIT42IIT42EEP22IS1SSPARESSPARESSPARECS7+SS52*2+SS4*1SSPAREPPM6SS

10、PARESSPARESSPARESSPARESSPARESSPARESSPARE圖中標(biāo)準(zhǔn)的Simadyn D基本單元控制系統(tǒng)包括：在基本單元上方有帶風(fēng)扇的電源SP8.5，基本單元包括CPU處理單元、I/O處理模塊IT41和IT42、矢量控制模塊EP22和IS1、接口模塊CS7。此外還有A300的信號I/O模塊和一些接口模塊。二、 各模塊概述3個CPU（PM6、訂貨號- 6DD1600 - 0AK0），分別起到總體控制、矢量控制和通訊控制三大作用。第一個CPU做度閉環(huán)，且對控制系統(tǒng)的總體起著協(xié)調(diào)的作用。第二個CPU矢量變換和反變換 電機(jī)電壓、電流送入此CPU。第三個CPU 進(jìn)行通訊，有些控制系統(tǒng)

11、中還帶有ITDC，能發(fā)脈沖，還能進(jìn)行通訊，任務(wù)能夠分解。該模塊所能允許的最短掃描周期是0.1ms，一般我們?nèi)?.5ms。EP22板卡是Simadyn D控制系統(tǒng)的核心運算部分，其設(shè)計是專門為矢量變換閉環(huán)控制所用。由于其特殊的應(yīng)用場合，EP22板卡的運算速度是普通CPU的4-20倍。由于EP22在基本單元中是無源配套設(shè)備，因此需要一個處理器板卡作為依托（一般稱之為“主”），EP22必須要經(jīng)過“主”的初始化，且要保證在運行中能夠?qū)崟r進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入輸出。需要注明的是，所有的EP22能夠運行，必須要配套有一個接口板（即EP22上能夠抽出的條狀電路板），此接口板是在備件中沒有的，要更換的話，必須將此接口

12、板放入新的EP22中。正常情況下，我們應(yīng)該將二者作為一個獨立設(shè)備處理。此接口板和EP22如果接口板損毀，可以聯(lián)系北京西門子張紅祥，以期解決。IT41和IT42，這兩個名稱相近的板卡有著不同的作用。IT41板卡應(yīng)用于開閉環(huán)控制中的，如速度閉環(huán)和位置控制。除模擬量和二進(jìn)制的輸入輸出外，IT41還留有編碼器的輸入供速度閉環(huán)使用。IT42在Simadyn D系統(tǒng)中用于連接PM6處理器執(zhí)行一些基礎(chǔ)的開閉換工作的，如液壓控制或密閉壓力控制等。此模塊有4個模擬量和16個二進(jìn)制輸出輸出，同時帶有4個電壓頻率變頻器的集成浮點模擬輸入。Simadyn D系統(tǒng)中還有許多接口板，分別為SU10、SU11、SB70、S

13、B61、SB10、SA20.1、SA61。這些模塊都將直接和SD基本單元連接到目前為止，現(xiàn)場中以SA20.1和SA61出現(xiàn)問題的機(jī)會相對較多，因此對其要做詳細(xì)的解釋。SA20.1和SA61合稱為SA60.1，在控制系統(tǒng)中稱為同步模塊，起到同步在EP22中門極觸發(fā)電壓的作用，其正常運行直接影響到可控硅觸發(fā)換相等動作，現(xiàn)場中SP控制系統(tǒng)曾經(jīng)多次出現(xiàn)該模塊或與之相關(guān)模塊故障導(dǎo)致事故停機(jī)的情況。其中的SA61（6DD2920-0AR1）稱為變壓模塊，SA20.1稱為線路檢測模塊，這兩個模塊是通過一個10芯線互相連接的。SA60.1帶有一個擴(kuò)展的低壓信號設(shè)定范圍，此功能由子模塊SA20.1實現(xiàn)對線電壓的

14、控制。SA61中三個單相變壓器T1、T2、T3能夠有效地將三相輸入側(cè)和二次側(cè)電壓進(jìn)行絕緣隔離。二次側(cè)電壓通過10芯線連接到線路檢測模塊，在此模塊中，每一相都將進(jìn)行變換。首先每一個信號將面臨有差別的放大從而每相將有別于其它相位。其改變的增益必須通過8路的DIP開關(guān)S1和S2手動來設(shè)定，該設(shè)定要隨著與之連接的額定輸入電壓變化而定。其中S1開關(guān) 1-4：同步電壓UL1-L2設(shè)定增益5-8：同步電壓UL2-L3設(shè)定增益S2開關(guān) 1-4：同步電壓UL:3-L1設(shè)定增益5,6：留空7,8：連接或斷開電位計R1（直流電壓輸出調(diào)整）S2:7關(guān)閉，S2:8開啟：R1無效 ，反之R1啟動。第三章 Simadyn

15、D性能調(diào)試調(diào)試一般為新安裝設(shè)備要投入使用需要做的調(diào)整或在運行中為了滿足新的需求而進(jìn)行的設(shè)備功能的完善或改進(jìn)，在設(shè)備使用中，為了性能更加優(yōu)良，在控制系統(tǒng)中做的變動也屬于調(diào)試的范疇。第一節(jié) 調(diào)試分類按照調(diào)試階段，可以分為單體調(diào)試和聯(lián)動調(diào)試，即將各單機(jī)架調(diào)試成功后，整體進(jìn)行調(diào)試，且能夠按照生產(chǎn)要求進(jìn)行速度和力矩的輸出。按照傳動負(fù)荷，可以分為獨立調(diào)試和帶聯(lián)軸器調(diào)試，獨立調(diào)試是傳動系統(tǒng)本身的調(diào)整，但最終目的是通過聯(lián)軸器服務(wù)于軋機(jī)軋制的機(jī)械軋輥。按照反饋類型，可以分為開環(huán)調(diào)試和閉環(huán)調(diào)試。按照調(diào)試軟件，可以分為硬件配置調(diào)試、Simadyn D調(diào)試和TDC調(diào)試。對于此調(diào)試分類，硬件配置是專用的程序和數(shù)據(jù)線對固

16、件進(jìn)行程序裝載，一般相對固定。這里將詳細(xì)對雙閉環(huán)的調(diào)試進(jìn)行說明，我們在調(diào)試中一般看到的大多數(shù)是在Simadyn D中進(jìn)行調(diào)試，而看到TDC的調(diào)試較少。其原因在于，TDC是一種新衍生出來的性能高于Simadyn D的控制系統(tǒng)，但目前的Simadyn D系統(tǒng)已經(jīng)足夠?qū)φ麄€傳動系統(tǒng)進(jìn)行控制。眾所周知，TDC在控制中起到的是外環(huán)的速度控制，而我們在第二章中已經(jīng)提到Simadyn D系統(tǒng)中其實已經(jīng)含有了速度控制的PM6單元，也就是說，Simadyn D系統(tǒng)可以起到Simadyn D和TDC合到一起的作用?，F(xiàn)在鞍鋼本部的1700生產(chǎn)線粗軋控制系統(tǒng)就是只用了Simadyn D控制系統(tǒng)，減少了通訊的點數(shù)，同時

17、故障點也減少了許多。TDC的優(yōu)勢在于，其編程界面更加容易理解，且修改簡單，能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行調(diào)整，尤其是對部分外圍設(shè)備（如風(fēng)溫、壓力、軸溫、漏水檢測等）的調(diào)整，能夠簡單方便的進(jìn)行。以下我們所提到的調(diào)試主要以Simadyn D調(diào)整為例進(jìn)行說明。第二節(jié) 調(diào)試工具及步驟調(diào)試中需要的軟件工具有工具應(yīng)用備注參數(shù)表下載Excel數(shù)據(jù)（宏工具） IBS501（運行環(huán)境DOS或MS-DOS）或IBS2.4下載和上傳參數(shù) Omni Drive 讀卡器對Flash卡進(jìn)行程序下載 SS52-Loader oderCOMET200 (Vxx)SS52 和CP50M0CP50M0 只在有 A09

18、或A10的基礎(chǔ)上Prosave oder Protool下載程序 OP17 只在有 A09、A12或A10的基礎(chǔ)上調(diào)試中需要的硬件工具有筆記本（帶COM口和LPT1口）Omni DriveSimadyn D的程序可以用Unix系統(tǒng)下的Struc G編程軟件進(jìn)行改寫，而現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)程序已經(jīng)很成熟，不再提供改寫的余地，即在供貨時無Struc G給最終使用者。我們所提及的調(diào)試是將圖形化的程序轉(zhuǎn)作帶有地址的表格形式進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和修改或地址鏈接。在調(diào)試中一般是使用DOS（MS-DOS）環(huán)境下的IBS501如下圖有時也會用在windows界面下的IBS2.4來進(jìn)行更改，如下圖第三節(jié) 調(diào)試中需要注意的問題在調(diào)

19、試中需要注意以下幾點：1. 線纜連接正常，單個CPU和CS7上的調(diào)試線有區(qū)分； 2. 波特率和COM口的設(shè)定正確；3. 養(yǎng)成良好的習(xí)慣，調(diào)試前備份，并在調(diào)試中及時做記錄，避免出現(xiàn)混亂；4. 結(jié)束后將程序及時做好歸檔，并兩地以上存放，避免程序丟失或損毀。第四章 常見故障診斷第一節(jié) 故障信息查閱故障信息在OP17面板上顯示，OP17面板是一個集通訊、顯示和調(diào)試為一體的操作面板。在此面板上我們可以看到故障代碼和故障信息，已經(jīng)其報警時間、復(fù)位時間和消除時間。如下圖：由于報警信息是英文的，鑒于當(dāng)前英文并未完全在點檢員和運行協(xié)力中普及，會在識別故障和信息傳達(dá)上造成很大的麻煩。因此我們做了一個故障信息供運行

20、協(xié)力查閱文件，文件中一個完整的信息是如下例格式：:N: 0497 497:T: "BU412: VECTOR DEVIATION TOO LARGEn"BU412：矢量模型的矢量偏差太大:T: "VECTOR MODEL ACTUATED" :A: P1 Q1 D+ 我們將以上表格做出以下標(biāo)記：A甲B乙C丙D丁故障號（英文）故障號（漢語）故障信息（英文）故障信息（漢語）故障信息（英文）故障信息（漢語）故障信息（英文）故障信息（漢語）其中左半部分是英文故障號和信息，右半部分是中文故障號和信息。出現(xiàn)報警或跳閘時，確認(rèn)前先看OP17面板上的顯示，然后對比校驗清

21、單中“B”項和“C”的報警信息T: “”雙引號內(nèi)的內(nèi)容，（其中C項為面板中的第二行顯示），確認(rèn)相同后，則看后面的乙丙丁項，則可明確具體的故障漢語解釋。第二節(jié) 常見故障診斷一、 故障代碼簡介Simadyn D主傳動系統(tǒng)，共有故障代碼位999個，實際含約650個故障信息。其中有占有1/3的前半部分的故障信息，主要針對外部故障，如整流變和勵磁變的溫度瓦斯監(jiān)視、風(fēng)機(jī)油泵電源、漏水檢測，還有一些電機(jī)溫度和外部接口。其余的是主傳動基本單元相關(guān)的故障報警。對于前半部分的報警，由于其檢測的主要是硬件的反饋，且在故障信息中基本上會有故障圖號位置的說明，如“H02/07.2 Leakage water in mo

22、tor detected”，我們可以在圖紙的“H02/07.2”頁找到故障源位置，并且可以根據(jù)其故障的走線位置（檢測器-主電機(jī)接線盒-Et200箱-傳動柜）進(jìn)行查找。因此相對比較容易排除，這里我們將主要對基本單元的故障信息進(jìn)行說明。二、 基本單元故障信息說明基本單元故障信息以BU為開始，且關(guān)聯(lián)的范圍比較大，例如BU434 SYNCHRONISING VOLTAGE FAULTY STATOR（定子同步電壓故障），對于此故障我們應(yīng)該首先打開詳細(xì)的故障表，可以看到此故障只報警，無脈沖封鎖，不停軋。如果此報警信息和脈沖階躍和脈沖頻率一起出現(xiàn)，則可能是后兩者的影響造成的同步電壓故障，如果單獨出現(xiàn)此報警，我們要從軟件和硬件兩方面進(jìn)行分析：軟件中的計算-同步電壓的絕對值低于在工廠設(shè)計中的設(shè)定值，此絕對值是在A095模塊輸出的兩個模擬量信號（USYN1, USYN2/DA10）計算而得，此兩個模擬量信號的來源為我們上面提到的IBS中的地址【2FP-TR.UI-IN.Y4 (USYN1) and 2FP-TR.UI-IN.Y8(USYN2)】。并且西門子在工廠設(shè)計中對這兩個值的默認(rèn)值和標(biāo)度因子也做了明確的規(guī)定，我們首先確認(rèn)這些數(shù)據(jù)是否正常，即可基本排除軟件方面的故障（但也可能存在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面的錯誤）。 硬件的信號-