宣钢高强度棒材西门子S120传动控制系统技术攻关
摘 要
宣钢高强度棒材生产线电控系统采用的是西门子S7-400PLC+S120传动控制系统，是全国为数不多的全线采用西门子S120传动控制系统的全交流棒材生产线之一。今年以来，主机列第7架主电机出现振动大，经常切断轴承销子的问题，且严重影响生产。针对此情况，对西门子S120传动控制系统进行技术攻关，达到保护机械设备、保障生产目的。
【关键词】S120 传动系统 优化 主从控制
1 引言
宣钢高强度棒材生产线于2012年3月投产，传动系统采用西门子SINAMICS S120交流变频器，今年以来，主机列第7架主电机出现振动大，经常切断轴承销子的问题，严重影响生产。
2 故障现象
主机列第7架轧机隶属于中轧机组，电机额定转速为0-600/1200rpm，传动装置为Siemens S120，调试软件为Starter。今年以来，经常出现减速机轴承销断裂，既损坏设备，又影响生产的正常进行。通过测量主电机振动值，发现在电机高速运转时，振动量为20mm/（s^2），超出正常范围，而且电机速度和电流曲线波动较大。
3 原因分析
通过分析，得知速度调节器参数是影响整个系统动态特性与稳定性的重要参数，包括速度比例增益P1460和积分时间P1462，对于矢量轴，可以通过参数P1960对电机负载进行动态辨识来确定速度控制器参数，再根据电机的实际运行状况，参照Trace曲线，手动修改控制器参数，以实现优良的控制性能。为了解决这一问题，决定对主电机速度调节器的主要参数重新进行优化
4 技术方案
4.1 重新优化逆变装置速度调节器比例、积分参数
（1）将电机与减速机脱开，电机空载优化。
（2）使用CP5711、DP电缆将笔记本电脑与S120逆变装置连接起来，打开STARTER调试软件，设定通讯接口（Set PG/PC Interface）为CP5711（PROFIBUS）
（3）打开参数列表“Expert list”，设定P1960=2（带传感器矢量控制的旋转测量）；使能ON/OFF1并保持该位为1。变频器自动执行动态优化过程，电机旋转，优化结束后P1960自动恢复为0。
（4）将电机与减速机重新连接起来，电机带载优化。
（5）设定P1960=4（带传感器矢量控制的速度环优化），使能ON/OFF1并保持该位为1。变频器自动执行动态优化过程，电机旋转，优化结束后P1960自动恢复为0，完成全部自动优化过程。
（6）打开控制面板（Contor Panel），双击Contor Panel，系统自动弹出控制面板画面。
使用Contor Panel控制面板，控制电机由低速到高速旋转，具体操作步骤如下：获取控制权，使能整流单元，使能轴，设定速度，启动电机，停止电机。
（7）使用Trance功能，对电机的速度曲线进行记录，查看速度环的动态特性。操作步骤如下：
双击Trance功能，打开Trance界面，选择要Trance的信号参数r60：设定速度和r61：实际速度，设置Trance记录数据的采样时间，设置Trance总时间长度，选择Trance的触发条件，开始Trance。
（8）Trance功能停止后，在“Time diagraim”中可以看到实际的速度运行曲线，通过此曲线可以分析速度环的特性。
（9）利用控制面板（Contor Panel）和Trance功能曲线，将电机转速由0rpm逐步增加到额定转速1200rpm，检测到转速增加到600rpm以上时，电机振动值开始增大，速度曲线特性较差。
（10）通过手动微调速度调节器的参数P1460（比例增益）和P1462（积分时间），提高速度曲线特性。
（11）通过以上步骤，对速度环的速度调节器参数重新进行了优化，最终确定速度调节器参数为：P1460=40.62，P1462=60.32ms，在电机高速运转时，测量振动量，降至2 mm/（s^2）左右，消除了电机振动。
（12）保存参数，执行Copy RAM to ROM。
4.2 优化自动化PLC控制程序
轧机停车控制过程为：
（1）自动化发出停止命令后，逆变器停止运行，通过逆变器内的参数r2199.1（n_实际>=P2141，P2141=6min-1）来比较电机速度是否为零速（r2199.1=1电机为非零速，r2199.1=0则电机为零速），比较值被赋到参数P2080的bit10中，然后通过参数r2089.0读取P2080中bit0-bit15的参数值，最后通过profibus-DP通讯协议将状态字PZD1=r2089.1打包发送给自动化。
（2）自动化接收到状态字1后，将其放在PLC程序的背景数据块DB111中，通过DB111.DBX157.1来读取零速命令（值1为非零速，值0为零速），此时DB111.DBX157.1=0，之后延时6s，DB111.DBX516.3被赋值为0，然后通过DB111.DBW510作为控制字2发送给传动装置，逆变装置通过参数r2093的bit9接收，将其赋给参数P856，这时P856=0，撤消逆变装置转速调节器使能，此时轧机完全停止。
通过分析以上控制程序，发现自动化接收到零速命令后，延时6s给传动发送撤销转速调节器使能命令，这样可能会造成电机停止后，转速调节器还在工作，有可能会导致振荡产生，经过分析，将其由6s修改为3s，缩短转速调节器的使能时间，电机停止后使转速调节器在最短时间内失效，从而达到轧机停车后存在振荡而损坏轴承销子的问题。
5 结束语
通过以上对西门子S120传动控制系统的技术攻关，弥补了机械缺陷，保障了设备的正常运行，此技术攻关在棒材轧钢生产线上有一定的普及性，如果遇到类似问题的可以借鉴以上经验，同时也欢迎大家进行交流讨论。
作者单位
河北钢铁集团宣钢检修公司 河北省宣化市 075100
