西门子S120变频器在转炉倾动_氧枪升降传动系统中的应用

同样，在停车时，也是当检测到抱闸反馈之后 延时 0. 5 ～ 1 s 再封锁脉冲，以保证机械抱闸完全 合拢之后，再解除控制。
主机和从机同时接收 PLC 的主、从选择指令， 二进制 1110 代表 1#装置为主，1101 代表 2#装置为 主，1011 代表 3# 装置为主。4 台装置的主从同步 和抱闸同步都基于 PLC 下传的主从选择指令。对 于主机而言都是速度环控制，只需要接收 PLC 的 速度指令，但是对于从机的转矩环而言，则涉及到 转矩选择的问题。
当 1#变频器出故障时，2# 变频器接管 1# 氧枪 ·582·
图 5 氧枪升降系统硬件结构
电动机的控制，同样，2#变频器出故障时，1# 变频器 接管 2#氧枪电动机的控制。因此要达到切换控制 功能必需具备以下条件：
1） 控制方式的切换，即当变频器控制的不是 本地电动机时需要启用开环控制。
2） 抱闸的切换，通过外部电路的切换来实现。 控制方式的切换涉及到两套 dds 数据组。因 此须在功率单元参数中增加一套数据组 dds1。将 功率单元的 p820［0］（ 对应 dds0） 参数接到功率单 元 PLC 下传的电动机选择位。然后将 dds0 中的 p1300［0］设为 21（ 带编码器转速控制） ，dds1 中的 p1300［1］设为 20（ 无编码器转速控制） 。 由于由硬 件 完 成 电 动 机 抱 闸 的 控 制 切 换，所 以无论电动 机 选 择 位 是 什 么 状 态，都 可 以 共 用 一
相比于 6SE70 的单一控制对象的设置，S120 中对于每台 装 置 而 言 都 有 两 个 控 制 对 象，即 控 制 单元和功率单元（ 两套参数列表） ，而每个控制对 象又有两种接口，if1 接口和 if2 接口。这两种接口 通过控制单元的参数 p8815 和 p8839 将 if1 定义 为 Profibus-DP 接口，具有 Profisafe 功能，将 if2 定 义为 CBE20 选件板接口，具有等时同步功能。这
收稿日期： 2012-05-20； 修改稿收到日期： 2012-06-06 作者简介： 王 川（ 1984-） ，男，湖北武汉人，工程师，主要从事钢铁冶金电气自动化与传动工作。
·580·
《冶金自动化》2012 年 S2
样做的好处是让 Profibus-DP 接口拥有 if1 独有的 可选择各种 标 准 报 文 格 式 的 功 能，同 时 还 能 自 定 义未 使 用 的 bico 连 接。 Sinamics Link 接 口 板 CBE20 类似于 6SE70 的 Simolink 接口板，不过 Sinamics Link 并不能组成环网，而是线性拓扑结构， 如图 2 所示。还需要满足以下条件：
P2—X101 接口； P1—X100 接口
图 2 转炉倾动系统 Sinamics Link 拓扑结构
1. 3 主从控制逻辑 对于 4 台倾动电动机而言，要达到主从同步
和切换要求，需满足以下条件： 1） 主机的转矩输出为从机的转矩输入，主机
工作在速度环，从机为力矩环。 2） 将主机的抱闸信号设定为 4 台电动机的同
图 1 中，4 台控制单元通过 DRIVE-CLiQ 电缆 串接组成 Sinamics Link 网———西门子专有的具备 等时同步功能的通信网络，它能将控制单元之间的 数据交换延时限制在 3 ms 以内； 倾动变频器的控制
图 1 倾动系统硬件结构
单元型号为 CU320-2 DP，CF 卡固件版本为最新版 本 4. 4，目前只有此版本固件支持 Sinamics Link； 功 率单元型号为 P码器为 1 024 脉冲的 HTL 增量型编码器，为 此编码器单独配置 SMC30 编码器模块，编码器模块 与功率单元通过 DRIVE-CLiQ 电缆连接。 1. 2 Sinamics Link 主从通信
2 氧枪升降系统
2. 1 硬件组成 氧枪升降系统由 1# 氧枪和 2# 氧枪组成，每只
氧枪由一台 70 kW 的交流异步电动机拖动。与转 炉倾动系统一样，氧枪电动机也采用 AC-AC 控制 方式，即控 制 单 元 配 功 率 单 元。 氧 枪 变 频 器 由 控 制单元 CU310 DP （ 固件 版 本 2. 6. 2 ） ，功 率 单 元 PM340 组成。其中 CU310 DP 集成 15 针 sub-D 接 口，用于连 接 编 码 器。 氧 枪 升 降 系 统 硬 件 结 构 如 图 5 所示。
图 6 氧枪调试曲线记录示意图
3 结束语
本文在消化 S120 技术的基础上，充分拓展了 其各项功能，并 且 通 过 数 据 记 录 分 析 了 各 项 功 能 的可行性。西门子 S120 系列变频器在昆钢新区 转炉倾动和 氧 枪 升 降 传 动 系 统 上 的 成 功 应 用，无 疑为其今后在全国各个转炉炼钢厂大范围推广使 用提供了宝贵经验。
《冶金自动化》2012 年 S2
西门子 S120 变频器在转炉倾动、氧枪 升降传动系统中的应用
王川
（ 武汉钢铁工程技术集团自动化有限责任公司 控制技术分公司，湖北 武汉 430080）
摘要： 根据昆钢新区炼钢厂转炉倾动和氧枪升降系统的工艺控制需要，将西门子 S120 系列变频器成功应于倾动 的主从控制，包括利用 Sinamics Link 等时同步网络进行通信，结合 DCC 编程完成力矩的分配与选择，抱闸控制 的同步； 针对氧枪为位能性负载的特点，通过 DCC 编程实现提枪和下枪的稳定运行和快速响应，不溜枪、不坠 枪。经过一段时间的使用，证明该传动系统运行稳定、可靠。 关键词： S120； Sinamics Link； 主从控制； 抱闸同步
［编辑： 赵晓坦］
·583·
《冶金自动化》2012 年 S2
套抱闸打开、关闭逻辑。 在关抱闸 条 件 中，需 要 在 静 态 检 测 相 与 的 条
件中加一条 PLC 给定为零的判断，目的是当使用 bit3 位停车时，在 PLC 封锁脉冲之前就可以关闭 抱闸。同时又因为有直接通过操作台按钮紧急提 枪的功能，所以还要在启用该功能时屏蔽 PLC 给 定为零的判断。
1 转炉倾动系统
1. 1 硬件组成 转炉由 4 台 160 kW 的交流异步电动机拖动，
转炉倾动机构采用全悬挂 4 点啮合柔性传动，电 动机与减 速 机 刚 性 连 接。 根 据 工 艺 需 要，需 采 用 主从控制方式，即 1 主带 3 从。4 台电动机分别采 用 AC-AC 控制方式，即控制单元配功率单元。倾 动系统硬件结构如图 1 所示。
正常控制时，1#氧枪由 1# 变频器控制，2# 氧枪 由 2#变频器控制，此时的控制方式为闭环矢量控 制模式。在任何一个工作枪的变频器报出故障， 且不能马上复位时，即可切换到交叉控制方式，即 1#变频器控制 2#氧枪，或者 2#变频器控制 1# 氧枪。 此时的控制方式为开环矢量控制模式。当 PLC 故 障或者网络故障时，可以选择操作台上的 PLC / 变 频器选择开 关 的 变 频 器 档，并 通 过 按 钮 直 接 控 制 变频器紧急提枪。 2. 2 控制逻辑
步抱闸信号。 3） 主机切换按装置顺序进行，当 1# 装置出现
故障时，切换 2#装置为主； 当 2#装置出现故障时，
切换 3#装置为主； 至少保证 2 台装置同时运行，超 过 2 台装置故障，则转炉倾动系统停车。
由于转炉 倾 动 系 统 采 用 的 是 交 流 电 动 机，相 比直流驱 动 方 式 而 言，启 动 响 应 速 度 偏 慢。 但 是 对于转炉的启动速度，工艺上要求越快越好，所以 主机选用从 if1 口接收到的 PLC 发送的控制字中 的 bit3（ operation enable） 控制启停，摒弃掉原来的 bit0（ on / off1） 控制启停方式。该方法不仅可以避 免操作人员使用转炉揺柄频繁启停所造成的变频 器过流和超速故障，还可以跳过直流预充电过程， 直接建立励磁电流，启动时间节省约为 1 s。
1） Sinamics Link 站地址需要连续顺序排列。 2） 主从同步中为主的通信连接节点站地址必 须为 1。 3） 特殊节点的站名称（ Sinamicsx Linkx001 ～ Sinamicsx Linkx004） 及 IP 地址（ 169. 254. 123. 001 ～ 169. 254. 123. 004） 在设置完 Sinamics Link 后被自 动设置并且不能被修改。
利用 S120 特有的 DCC 编程功能，可以方便直 观地满足 各 种 控 制 逻 辑 的 需 要。 对 于 编 程 者 而 言，不仅方便日后的维护，同时 DCC 程序不具备 反编译能力，即将设置好的 DCC 程序下载到变频 器后，是无法通过上装来获取的，因此更加强了知 识产权的保护。
从机可以使用图 3 中所示 MUX8 和 B_W 功 能块选择转矩是自身的速度调节器的输出还是其 他主机的转矩输出。
4 台装置的抱闸全部由主机决定，同样采用 DCC 来实现选择逻辑，如图 4 所示。
图 4 抱闸同步功能块
图 4 中 BSW 块 5，6，7 分别对应 1# 装置，2# 装 置和 3# 装置，同时实现开关量二选一的功能。它 们的输入 I 脚分别连接主从选择控制字的 bit0， bit1，bit2。当接收到为主信号，即 I 脚为 0 时，就 可以让自身的抱闸信号通过功能块顺序传递到最 后的输出，直接连向本装置所控制的 24 V 抱闸继 电器。这样就 使 得 所 有 装 置 的 开 关 抱 闸 绝 对 同 步，有效避免了炉体启动和停止时的点头现象，同 时还保护了齿轮箱和机械抱闸。
0 引言
昆钢新区炼钢厂新建一座 140 t 转炉，其中的 转炉倾动和氧枪升降传动系统全部采用西门子最 新的 S120 系列变频器。相比于传统的 6SE70 变 频器，S120 无论是在控制性能上还是逻辑功能上 都更胜一筹。由于 6SE70 系列变频器已经停产， 无论从今后备品备件的维护成本还是技术革新方 面考虑，将 6SE70 升级到 S120 都是必然的选择。 此次将 S120 系列变频器应用于转炉倾动和氧枪 升降系统中，而且采用 Sinamics Link 网进行主从 同步控制，尚属全国首例。该传动系统自 2011 年 12 月正式投入使用以来，运行稳定、性能优良。本 文将着重对与 6SE70 相比 S120 的技术创新之处 进行分析。