Simadyn-D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) TRANSVERTO控R制? 2一、TRANSVERTO控R制? 介紹2二、TRANSVERTO控R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)試分類 7第二節(jié)調(diào)試

2、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(shí)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、 T RANSVERTOR? 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。TRANSVERTOR

4、? 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(diǎn)， 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

5、意味著同步電機(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、 T RANSVERTOR? 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(yùn)行過程中的具體位

6、置；3. 可調(diào)的智能弱磁特性；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(yùn)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(diǎn)， 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(diǎn)。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(diǎn)；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.

7、 在勵磁建立的過程中求出 EMF 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(diǎn)；13. 帶有附屬勵磁電流控制器的磁通控制器在運(yùn)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(diǎn)， 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)

8、象可以進(jìn)行脈沖切換； 逆變器觸發(fā)角的限定決定電流值； 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

9、 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 Simadyn 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。2 TCIDfl AHOf 3artCO3TrW30rtA3kWOEsm3la 3ZOdb=5c*IKJJMrIiAtf>-ta34 WkLNg3TrarHL-0Ntrtrt02S3XJrcIWIeI UQ-Vie n-TdOft 囂EKMdlk -Ed33TCKlrt AHqHlH*acfl 3 Zfe3±Ml>JJInraCn LlmIi *ju_

10、I FHQQH qHcud楓3J*1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001111111112222槽000000000111111111122222號123456789012345678901234塊IISSSCSPSSSSSS名PISMPIIES1SSSS7+SPSSSSSSS稱MTPMMTTPPPPSS5PMPPPPPPP64A46442AAA2*2+A6AAAAAAA1R222RRRSS4RRRRRRRREEEE*1EEEEEEEE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SP

11、8.5，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)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)?0.

12、5ms。EP22板卡是 Simadyn D 控制系統(tǒng)的核心運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(dú)立設(shè)備處理。此接口板和E

13、P22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(diǎn)模擬輸入。Simadyn D 系統(tǒng)中還有許多接口板， 分別為 SU10、SU11、SB70、SB61、SB10、SA20.1、 SA61

14、 。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(yùn)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(shí)現(xiàn)對線電壓的

15、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

16、之 R1 啟動。第三章 Simadyn 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(yùn)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(dú)立調(diào)試和帶聯(lián)軸器調(diào)試，獨(dú)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

17、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(shí)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

18、到一起的作用。現(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(diǎn)數(shù)，同時故障點(diǎn)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(yùn)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

19、程序下載SS52-Loader oderCOMET200 (Vxx)SS52 和 CP50M0CP50M0 只在有 A09 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。

20、 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)試中需要注意以下幾點(diǎn)：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

21、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(diǎn)檢員和運(yùn)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(yùn)行協(xié)力查閱文件， 文件 中一個完整的信息是如下例格式：:N: 0497497: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

22、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(yàn)清單中“ 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(shí)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

23、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 motor 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

24、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(dú)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 -可能存在 A025 中信號丟失（