1、引言 　　 濟(jì)鋼集團(tuán)第三煉鋼廠是濟(jì)鋼集團(tuán)“十五”期間的重點投資項目，引進(jìn)的是國內(nèi)外一流的先進(jìn)設(shè)備和自動化控制技術(shù)，其裝備屬于“國內(nèi)一流，國際先進(jìn)”水平。在轉(zhuǎn)爐、連鑄自動化控制體系中，根據(jù)現(xiàn)場總線的特點和系統(tǒng)的需要應(yīng)用了多種總線（profibus、controlnet、devicenet）構(gòu)成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fcs），這些總線控制系統(tǒng)給轉(zhuǎn)爐、連鑄系統(tǒng)提供了安全而可靠的解決方案。1#連鑄機(jī)是引進(jìn)vai（奧鋼聯(lián)）的板坯連鑄機(jī)，是目前我國技術(shù)最先進(jìn)、自動化程度最高、配套設(shè)施最完善的連鑄機(jī)之一，其拉矯機(jī)系統(tǒng)選用的是基于profibus 的西門子6se70變頻器構(gòu)成的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。 2、連鑄機(jī)控制系統(tǒng) 　　 濟(jì)鋼三煉鋼工程包括鐵水予處理，120t轉(zhuǎn)爐、lf/vd精煉及板坯連鑄機(jī)等多個項目，整個工廠的eic三電自動化控制系統(tǒng)的配置達(dá)到世界先進(jìn)水平。連鑄機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)三電自動化控制的一體化，包含過程控制級（l2）和基礎(chǔ)控制l1級和l0，同時也予留出與l3級的通訊接口及數(shù)據(jù)存放區(qū)，下面將四級系統(tǒng)分述如下： 　 3級（level3）：制訂全廠生產(chǎn)計劃,產(chǎn)品協(xié)調(diào)及產(chǎn)品跟蹤，l3系統(tǒng)涉及三煉鋼廠各生產(chǎn)工序和后部的中厚板車間，l3系統(tǒng)的實現(xiàn)需要各工藝單元,生產(chǎn)管理及調(diào)度部門結(jié)合工廠的實際情況來考慮，另立項目，統(tǒng)一協(xié)調(diào)。 　 2級（level2）：各工藝控制單元的計算機(jī)操作指導(dǎo)，特殊工藝過程的設(shè)定計算及工藝過程的數(shù)據(jù)收集。 　 1級（level1）：實時控制級，根據(jù)操作指令，過程計算機(jī)的設(shè)定計算及現(xiàn)場元件的檢測信號，完成生產(chǎn)設(shè)備的邏輯順序控制和pid調(diào)節(jié)。 　 0級（level0）：l0級主要是傳動設(shè)備本身的控制、i/o控制和管理。在現(xiàn)代化的控制系統(tǒng)中，ac/ac的傳動裝置（變頻裝置）由本身自帶cpu的數(shù)字裝置控制和監(jiān)視，并與l1級在網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 　 l0到l3級的自動化系統(tǒng)完成整個工廠的生產(chǎn)計劃，產(chǎn)品管理，工藝區(qū)接口協(xié)調(diào)、過程最佳化及設(shè)備控制，可實現(xiàn)整個工廠的生產(chǎn)自動化。 3、拉矯機(jī)控制系統(tǒng) 3.1　拉矯機(jī)設(shè)備組成 　 1#連鑄機(jī)鑄坯導(dǎo)向包含了14個獨立的扇形段：6個彎曲段、2個矯直段及6個水平段。拉矯系統(tǒng)提供了彎曲段、矯直段、水平段內(nèi)的鑄坯的導(dǎo)向，保證了引錠桿的插入和澆注過程中熱坯的拉伸和矯直。其中前6個彎曲段每段一臺電機(jī)，7段到14段除13段沒有電機(jī)外，每段兩臺電機(jī)，整個拉矯系統(tǒng)共20臺電機(jī)，拉矯電機(jī)（7.5kw）均采用siemens 6se70變頻器控制，采用帶速度反饋的矢量控制模式，速度反饋采用脈沖編碼器，該編碼器又做為引錠桿跟蹤系統(tǒng)的脈沖計數(shù)信號。每臺變頻器均帶有進(jìn)線電抗器、出線電抗器、制動單元和制動電阻，彎曲段和矯直段電機(jī)采用電磁抱閘制動。 3.2　拉矯機(jī)負(fù)載分配技術(shù) 　 vai（奧鋼聯(lián)）的板坯連鑄機(jī)在為了實現(xiàn)對多達(dá)20臺拉矯電機(jī)的控制，采用了負(fù)載分配控制技術(shù)。為了保證鑄坯上的拉矯力矩為一個常數(shù)，在每個電機(jī)之間提供了負(fù)載分配功能。根據(jù)所有電機(jī)上的總拉矯電流，負(fù)載分配控制器能為拉矯電機(jī)計算出一個相應(yīng)的修正后的速度設(shè)定值（速度偏差），把修正后的設(shè)定值與拉矯電機(jī)的實際給定值相加，他們的和作為總的速度給定值送給相應(yīng)的拉矯電機(jī)變頻器，就可以通過變頻器的矢量控制實現(xiàn)對電機(jī)的負(fù)載分配。根據(jù)所有拉矯電機(jī)的總負(fù)載，可以在hmi上通過設(shè)定每臺電機(jī)的各自負(fù)載因數(shù)對每臺電機(jī)的負(fù)載進(jìn)行校正，負(fù)載因數(shù)可以在-100%和+100 %之間變化，一個負(fù)的負(fù)載因數(shù)產(chǎn)生的力矩反作用于澆注方向，以防止鑄坯下滑。通過采用負(fù)載分配技術(shù)可以保證紅坯表面質(zhì)量和鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。 3.3　拉矯機(jī)控制系統(tǒng) 　 在該連鑄機(jī)拉矯系統(tǒng)中，基于profibus的plc與變頻器通信的網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。拉矯機(jī)plc系統(tǒng)作為連鑄機(jī)l1系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，其系統(tǒng)設(shè)計本著可靠、先進(jìn)、開放的原則，綜合考慮系統(tǒng)的性能價格比，根據(jù)工藝方案和機(jī)械設(shè)備條件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡可能統(tǒng)一，同時應(yīng)與其它l1級子系統(tǒng)保持一致。連鑄l1級plc系統(tǒng)選用的是siemens s7-400系列plc，根據(jù)拉矯工藝性能要求，plc系統(tǒng)cpu 選擇c7-626/dp，通過cp342-5通訊模塊與l1級工業(yè)以太網(wǎng)（鑄流plc、一級服務(wù)器）通訊，同時通過profibus -dp接口與6se70變頻器通訊。 　 變頻器采用siemens書本型vc 變頻器作為dp從站，西門子6se70全數(shù)字矢量控制變頻器是屬于simovert masterdriv系列，是目前比較先進(jìn)的產(chǎn)品，其全數(shù)字化和強(qiáng)大的軟件控制功能、監(jiān)視功能、記錄功能和保護(hù)功能，為其裝置運行的穩(wěn)定性、可靠性提供了保證。6se70變頻器也擁有強(qiáng)大的通訊能力，6se70變頻器具有支持各種現(xiàn)場總線的可選模板，這些接口模板的設(shè)置，顯著地增強(qiáng)了變頻器與其它控制設(shè)備間的互聯(lián)能力。各種通訊模板中有支持profibus總線的cbp2板，profibus-dp是當(dāng)今世界上最為成功和流行的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，在profibus cbp2功能模板上實現(xiàn)同級模塊之間相互通訊，尤其在西門子產(chǎn)品系統(tǒng)集成中，更顯示其優(yōu)點。 　 這樣作為主站plc系統(tǒng)與作為從站的6se70變頻器之間采用基于profibus總線通訊方式。plc通過在profibus網(wǎng)絡(luò)向vc變頻器傳輸設(shè)定值和控制字，而vc變頻器則把電機(jī)電流、力矩、變頻器狀態(tài)字等通過profibus網(wǎng)絡(luò)傳送給plc控制器，這樣每一臺變頻器采用編碼器檢測速度反饋組成速度閉環(huán)，通過負(fù)載分配實現(xiàn)力矩外環(huán)控制，很好地實現(xiàn)了負(fù)載分配技術(shù)。 [b]4、通信編程與參數(shù)設(shè)置 [/b] 4.1　基于profibus的plc與變頻器之間數(shù)據(jù)傳輸編程 　 在拉矯機(jī)控制系統(tǒng)中，基于profibus的plc與變頻器之間數(shù)據(jù)傳輸是整個控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，plc的硬件組態(tài)和通信編程是使用step7 v5.1進(jìn)行的，下面介紹了采用西門子step 7編程軟件進(jìn)行基于profibus的主-從通訊的組態(tài)過程和通訊程序的編寫。 4.1.1　拉矯機(jī)profibus主站組態(tài) （1）在plc項目ccm下新建項目driver，點擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“insert new object”下“simatic 300 station”，插入s7-300站。 （2）組態(tài)硬件：雙擊“hardware”選項，進(jìn)入“hw config”窗口，點擊“catalog”圖標(biāo)打開硬件目錄，按硬件安裝次序和訂貨號依次插入機(jī)架、電源、cpu、通訊模塊、輸入、輸出模塊。 （3）插入cpu模塊后會同時彈出profibus組態(tài)界面，新建profibus命名為pb_drives，地址定義為2，點擊“properties”按鈕組態(tài)網(wǎng)絡(luò)屬性，選擇“network settings”進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，profibus的傳輸速率為“1.5mbit/s”，行規(guī)為“dp”。 （4）在plc的profibus屬性 operation mode 中將其設(shè)為dp master。 4.1.2　拉矯機(jī)profibus從站組態(tài) （1）組態(tài)從站：在dp網(wǎng)上連接 6se70變頻器，選擇“vector control cuvc” 雙擊，6se70變頻器連接到dp網(wǎng)絡(luò)上，在彈出的proifbus屬性對話框中定義profibus站地址，為3號站。 （2）通訊區(qū)定義：plc與6se70變頻器之間除了傳輸設(shè)定值和控制字外，還需要傳送其它數(shù)據(jù)，需要選擇多個pzd，通訊需要6個字，選取ppo-typ2，pkw+pzd-6/6。 （3）數(shù)據(jù)區(qū)定義： ppo-typ2，pkw+pzd-6/6 地址分配為256-315。 （4）按照以上步驟，分別組態(tài)其他19臺變頻器到dp網(wǎng)絡(luò)，dp地址分別是4到22，并分別定義各子站的通信區(qū)數(shù)據(jù)。 4.1.3　plc中基于profibus的plc與變頻器之間數(shù)據(jù)傳輸編程 　 step7 v5.1有兩個sfc塊“dprd_dat”和”dpwr_dat”，用于profibus主站和從站之間的的數(shù)據(jù)傳輸。拉矯機(jī)系統(tǒng)中，應(yīng)用dp通訊傳輸命令“dprd_dat”和”dpwr_dat”把數(shù)據(jù)傳輸?shù)?se70變頻器的通訊區(qū)pzd數(shù)據(jù)區(qū)piw內(nèi)，同時把6se70變頻器的pzd數(shù)據(jù)區(qū)pqw數(shù)值讀到profibus-dp傳輸?shù)膁b塊中。拉矯機(jī)6se70變頻器（3#站）的profibus控制命令的傳輸應(yīng)用程序如下： call "dprd_dat"；調(diào)用dp 讀命令 laddr :=w#16#100；起始地址 ret_val:="3#comdata".recieve_ret record :=p#db31.dbx20.0 byte 20； 目標(biāo)數(shù)據(jù)地址 call "dpwr_dat" ；調(diào)用dp 寫命令 laddr :=w#16#100 ；起始地址 record :=p#db31.dbx0.0 byte 20； 目標(biāo)數(shù)據(jù)地址 ret_val:="3#comdata".send_ret 4.2　6se70變頻器參數(shù)定義 　 6se70變頻器使用過程數(shù)據(jù)區(qū)，實現(xiàn)控制字和設(shè)定值（任務(wù)：plc發(fā)送給變頻器）或狀態(tài)字和實際值（響應(yīng)：變頻器發(fā)送給plc）的傳輸。只有當(dāng)控制字、設(shè)定值和狀態(tài)字實際值依照“過程數(shù)據(jù)連接”規(guī)定的路徑連接時，該過程數(shù)據(jù)的傳輸才有效。6se70變頻器通信參數(shù)應(yīng)用分為兩個部分：6se70變頻器接受plc的控制字和設(shè)定值以及由6se70變頻器返回給plc的狀態(tài)字和實際值兩部分。 4.2.1　過程數(shù)據(jù)輸出區(qū)在6se70變頻器的傳輸格式 　 過程數(shù)據(jù)輸出區(qū)pzd1- pzd6和6se70變頻器的變量k3001-k3006是一一對應(yīng)的關(guān)系，可以根據(jù)需要定義雙字節(jié)數(shù)據(jù)，在該系統(tǒng)實際應(yīng)用中，僅使用控制字k3001和給定值k3002兩個字 4.2.2　過程數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)在6se70變頻器的傳輸格式 　 過程數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)pzd1- pzd6和6se70變頻器的參數(shù)p734.1- p734.6是一一對應(yīng)的關(guān)系，可以根據(jù)需要定義雙字節(jié)數(shù)據(jù)，在該系統(tǒng)實際應(yīng)用中，用p734.5和p734.6構(gòu)成一個雙字節(jié)數(shù)據(jù)。 4.3　負(fù)載分配控制器的設(shè)計 4.3.1　負(fù)載分配控制原理 　 對于拉矯機(jī)每臺電機(jī)輥子表面的拉力可由下列公式計算出來的。 　 frefi=mrefi×ii/ri 　 其中： f 輥子表面的拉力 （n）; m 電機(jī)的實際力矩（nm）; i 減速比; 　 r 輥子直徑（m）; 　所有電機(jī)的實際拉力frefi加在一起得到總拉力 fref。 　fref=fref1+fref2+...+frefn 　各自組內(nèi)所有負(fù)載因數(shù)kfi加在一起得到總和kf 　kf=kf1+kf2+...+kfm 　通過fref除以總的負(fù)載因數(shù)kf可以計算出一個系數(shù)s來表現(xiàn)每個負(fù)載因數(shù)對應(yīng)的拉力。 　s=fref/kf 　通過單個負(fù)載因數(shù)kfi乘以這個系數(shù)，就可得到拉力的設(shè)定點fseti；對于單個電機(jī)可以得到： 　 fset1=s×kf1 　 fset2=s×kf2 　 fseti=s×kfi 　 拉力設(shè)定點 fseti是反饋到控制回路并且與實際拉力frefi進(jìn)行比較，輸出的偏差（fdiff）為在某一范圍內(nèi)計算出來的速度偏移量（vdiff），并且附加到速度設(shè)定值（vseti）作為總速度給定值（vtseti），一起發(fā)送到變頻器。原理簡圖如圖2所示： 4.3.2　負(fù)載分配控制器的設(shè)計 　 由于負(fù)載控制器的輸出是作為變頻器速度設(shè)定值的偏差參與控制，因此負(fù)載控制器是在plc中通過編程來實現(xiàn)的。由負(fù)載分配控制原理可知，首先將力矩設(shè)定值fseti和通過profibus總線從變頻器中讀出的力矩實際值frefi （k24）進(jìn)行比較，經(jīng)過一個pid調(diào)節(jié)器的控制后輸出一個修正后的速度設(shè)定值，作為電機(jī)速度設(shè)定值的一個偏差值與速度給定值相加作為總的速度給定值vtseti（k3002），通過profibus總線傳輸?shù)阶冾l器中，參與電機(jī)的調(diào)速過程，從而對拉矯電機(jī)實現(xiàn)負(fù)載分配控制和速度控制。在plc中實現(xiàn)負(fù)載分配的力矩的pid調(diào)節(jié)的程序流程圖，如圖3所示。整個程序是由西門子的step7 編程軟件實現(xiàn)的。 5、結(jié)束語 　　 濟(jì)鋼三煉鋼1#連鑄機(jī)拉矯系統(tǒng)利用profibus總線技術(shù)和6se70變頻器實現(xiàn)拉矯系統(tǒng)負(fù)載分配后，不僅使每臺拉矯電機(jī)作用在紅坯上的拉力為一常數(shù)，確保了鑄坯的表面質(zhì)量；而且根據(jù)不同位置的鑄坯內(nèi)部凝固情況，使鑄坯承受相應(yīng)的壓力，以確保了鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。同時，由于實現(xiàn)了負(fù)載分配，避免了多臺電機(jī)中某些電機(jī)由于承受負(fù)載不均勻或過載而影響其運行和壽命，這樣既減少了設(shè)備故障率，提高了生產(chǎn)效率；又大量減少電機(jī)的消耗，節(jié)約了設(shè)備維修費用。