6RA70直流調速器在螺旋焊管線遞送系統中的創新應用

摘要：簡明介紹大口徑螺旋焊管線遞送系統2臺6RA70調速器的創新應用：1、主從驅動的結構。2、裝置對裝置的通信。3、Droop速度軟化功能。4、力矩信號硬件相加。

關鍵詞：螺旋焊管；遞送機；6RA70調速器；Droop速度軟化；創新應用

一、概述：遞送驅動系統是大口徑螺旋焊管線的關鍵設備之一，其運行的穩定性直接影響產品質量。目前的螺旋焊管線普遍采用上下兩個輥夾持帶鋼運動，拖動幾十噸物體以1.5米左右速度運動，在帶鋼接頭處負載變化急劇。焊接工藝要求帶鋼運行平穩，才能產生良好焊道和較少的焊接缺陷。自動控制上要求上下輥線速度相等、力矩平衡，才能使輥的磨損相同，并能有效防止帶鋼打滑跑偏。作者在設計SPM2540線時充分挖掘6RA70調速器的軟硬件功能，尤其是引入Droop速度軟化功能后，力矩平衡問題得到徹底改善f，穩定性大大增強，并簡化了線路，節約費用的同時更為可靠。

二、系統總體結構

遞送系統結構如圖2，2臺45KW的Z4系列直流電機，經過減速器驅動遞送輥，電機配以600P/R光電編碼器，實現精確的速度控制。上測輥通過液壓缸，施加壓力，拖動帶鋼送入成型器，設計帶鋼最大線速度2.6M/Min。通過6RA70調速器軟硬件配置實現如圖示主從控制結構。在主6RA70調速器，模擬給定R產生的給定信號送入給定積分環節實現速度上升和下降曲線，之后得到要求的轉速N，它與由編碼器反饋的實際速度值做差形成速度誤差信號，送入PI速度調節器，輸出力矩給定M1，并分別送入主從調速器作為電流調節器的給定。在從驅動是以力矩附加方式加入的，它與從驅動的力矩M2相加作為從驅動的電流給定，送入電流調節器。在從6RA70調速器，實際速度給定是由主驅動編碼器反饋的實際速度Nf1，它與從驅動編碼器反饋的速度Nf2作差形成速度誤差信號。由圖看出從驅動的PI速度調節器的積分分量獨立輸出，送入特殊的Droop速度軟化調節器，形成速度軟化量，修正Nf1速度給定，以便使2臺直流電機力矩平衡。

創新之處是從驅動的速度給定來源于主速度反饋，正常情況下從驅動起跟隨作用，近似力矩方式。從驅動只設使能、啟停操作，就能完成全部功能。速度顯示是把從驅動的實際速度K176經串口傳給主驅動，經由模擬量輸出口3輸出，顯示帶鋼線速度，10.00V對應100%速度，數字儀表校準為 X.XXX 米/分，真實準確顯示帶鋼速度。由于引入力矩通道M1，使系統反映快速，調節時間明顯縮短。通過西門子公司專用調試軟件 Drive Monitor 記錄的速度，觀察速度精度優于0.5%。

在系統控制方面主要由主驅動實現，包括遞送使能、啟動停止、正向點動、反向點動操作。在主6RA70內部形成控制字，并通過裝置對裝置通訊形式傳給從驅動的控制字，實現同步操作。從驅動的實際電流參數傳回主驅動參與顯示。

三、裝置對裝置的通信

裝置對裝置的通信是西門子調速器特有的一種主/從總線通訊形式，用以傳輸速度給定、力矩給定、加速度給定、控制指令等，最多可以傳輸5個字的過程數據（即PZD）。物理接口為RS485標準，自適應2線或4線雙工工作，驅動能力為32臺設備。和本設計相關參數設置如下表：

主 6RA70從 6RA70

參數值說明參數值說明

P794.1

.2

.3

.4

.530

167

148

31

0控制字

實際速度

力矩

控制字

空P648

P625

P502

P649

6001

6002

6003

6004控制字源1

速度給定

力矩附加

控制字源2

空

P755

P750

6002

6005

模擬輸出2

模擬輸出1P794.1

.2

.3

.4

.532

167

148

33

107狀態字

實際速度

力矩

狀態字

電流

P7905裝置對裝置與主機參數相同

P7971監視時間

P79311波特率

P7915傳輸字數

P8161接收使能

P8171發送使能

P7951接入終端R

四、Droop速度軟化

五、通過對圖2框圖分析，我們不難得出要想電流平衡，必使M2趨向于0。然而在Nf1和Nf2相等的情況下，由于機械電氣差異（如遞送輥橢圓，測速機溫飄等）會線速度不同，從而造成主從電機力矩不平，速度精度越高力矩差別越大，極壞情況一個電機拉倒車無法工作。分析此現象的根本原因是線速度相同角速度不一定相同（Nf1≠Nf2），又由于PI速度調節器屬于無差調節，只要有速度偏差就要積分輸出M2，它直接反映力矩的差值。在沒有Droop的情況下，由于有倒拉現象并能穩定工作，說明系統是多穩平衡狀態。自身無法恢復過度至M2=0，并且積成很大值（I分量）。挖掘西門子6RA70調速器的速度軟化Droop功能正是為此設計，能很好決絕這個難題，并且配置十分靈活。

六、力矩信號硬件相加

據了解國內外螺旋焊管線（包括德國MEG公司的SPM2032線）都是把主調速器的電流信號由模擬輸出口取出送到操作臺經數字儀表顯示，作為衡量遞送系統的驅動力。由于驅動器力矩不平衡，且波動大，無法顯示遞送系統的驅動力，有時出現負數的怪現象。本設計是把從驅動電流經通訊線（P749.3=167）傳給主驅動，由模擬輸出1輸出（P750=6003），在P751處變成負向，并在P753=5.00規格化為100%，經過D/A變化輸出從驅動負向電流信號。主驅動實際電流仍然由12角輸出，其內部校準為5.00V對應100%電流。通過在12和14端子跨接數字電壓表，此時10.00V輸出對應2臺驅動器的100%輸出能力，是兩臺6RA70調速器工作電流的和，巧妙實現力矩信號的加法。在數字儀表上以實際安培數顯示，直觀方便波動小，反映遞送系統對外部的驅動力，有實際物理意義。

七、與PLC接口電路

以往自動化公司設計的電路是PLC輸出模塊帶個小繼電器，其接點帶動6RA70調速器的輸入端，同樣6RA70調速器的輸出端帶個小繼電器，接點帶動PLC模塊輸入點，繼電器起到隔離變換電位的作用，電路繁瑣器件多，繼電器屬于機電器件，容易因灰塵而接觸不良，壽命短維護頻繁。

作者在設計中充分分析s7-300的 I/O模塊的隔離電路，6RA70調速器光偶隔離電路，共地問題，操作邏輯，轉折電壓關系等問題后簡化操作線路，全部直連無任何中間器件，大大減少繼電器的數量，提高可靠性。

八、結束語

通過創新、優化設計SPM2540線遞送系統，目前運行穩定，是成功新穎的設計。尤其是軟硬件的靈活運用，為工程設計人員提供了新思路。速度軟化Droop功能成功應用于雙輥同步驅動，稍加修改也可用于多輥不同線速度的復雜工況，極具推廣價值。

參考文獻：

SIEMENS SIMOREG全數字直流調速裝置。