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1、Simadyn D控制系统原理、硬件配置、调试及常见故障诊断目录第一章 SIMADYN D 主传动循环变流器控制系统原理 2第一节 TRANSVERTOR控制2一、TRANSVERTOR控制介绍 2二、TRANSVERTOR控制系统功能 2三、矢量变换控制原理和流程块状图 3第二节 相位电流控制 3第三节循环变流器控制追踪功能 4第四节 SIMADYN D循环变流器控制控制系统结构框图4第二章 Simadyn D硬件配置4第一节 硬件配置简图 4第二节 硬件配置简要说明 6一、框架及其附件6二、各模块概述6第三章 Simadyn D性能调试7第一节 调试分类 7第二节 调试工具及步骤8第三节
2、调试中需要注意问题9第四章 常见故障诊断9第一节 故障信息查阅9第二节 常见故障诊断 11一、故障代码简介11二、基本单元故障信息说明11第三节 故障诊断方法 11Simadyn D主传动循环变流器控制系统，是轧钢企业中广泛采用电力拖动系统，鲅鱼圈钢铁分公司热轧和厚板主传动系统均采用了标准Simadyn D控制。其主要作用为：辅助一级AGC压下系统使原料按照要求产生塑性形变，以快速稳定速度和力矩输出实现传动双闭环控制。第一章 SIMADYN D 主传动循环变流器控制系统原理SIMADYN D主传动循环变流器控制具有下列控制功能：用于转子定位检测用TRANSVERTOR控制，DC-磁通量调整控制
3、，COS控制，弱磁控制；基速以上在恒功率范围内对电压进行控制，具有自动增益调节功能以及为保证自动平稳地从基速过渡到高速而对附属磁通量进行控制。设定值参照一定比例电源电压。变频保护（过流保护）在硬件和逻辑软件中完成急停功能。电机会在一个受控电流极限值基础上反向触发可控硅桥实现停车。第一节 TRANSVERTOR控制一、 TRANSVERTOR控制介绍轧机主传动装置操作性能需要一个真正意义上大功率控制系统。通过使用TRANSVERTOR控制，就可以获得优良控制性能。TRANSVERTOR控制原理是以改变定子电流相位角为基础。而其修正依据和有效磁通轴角度相一致。要计算磁通状况，必须通过两个相互增补模
4、型来对电机进行模拟操作。通过这种方式，允许电机设备在整个转速和负荷范围任何时刻都可以最佳注入电流。电流控制原理等同于直流电机中电流控制。TRANSVERTOR控制元件处于转矩方向和磁通方向。根据和系统有关磁通电流设定点，由变频器计算并形成一个旋转电压矢量。利用空间矢量调节和优化脉冲模型就可以达到一个优良转矩性能。TRANSVERTOR控制允许电机设备在任何时间内都可以优先注入超过整个转速和负荷范围电流值。这就意味着同步电机从速度控制系统方面就可以像一个DC电机设备一样工作。通过两个相互增补模型来对电机进行模拟操作可以计算出磁通量。这两个模型为“电流模型”和“电压模型“。TRANSVERTOR控
5、制全部为数字化控制。其结果需要相对较少不同硬件模块，绝对重复性设定以及真正意义上先进诊断和故障排除等。二、 TRANSVERTOR控制系统功能系统包括下列功能：1. 通过测出来定子电流和电压值，电压模块来计算定向变量用来定位旋转磁通矢量；2. 通过安装在电机轴上脉冲发生器利用增益脉冲，电流模块来计算励磁量来确定转子在停机状态下初始位置以及运行过程中具体位置；3. 可调智能弱磁特性；4. 磁通控制器可以在定子电流和励磁电流励磁部件上运行；5. 利用测出定子电压和电流，电压模块计算出磁通矢量角度和绝对值；6. 利用脉冲发生器信号和电流设定点，电流模块计算出磁通矢量角度和绝对值并可以计算出励磁电流设
6、定点。7. 参考值可以在一个正确相位比例关系中给出三相电流设定点；8. 正向电压馈电系统为次级电流控制提供了极为良好响应特性；9. 磁通控制励磁调节原理是确定电机设备磁通量并预先设定从励磁调节电流设定值推算出来定子电流设定值；10. 结合在电机模型基础上电压和电流，从测出定子电流和电压值中确定电机磁通角度和幅度；11. 在励磁建立过程中求出EMF电压值，利用这个数值确定转子轴在停机状态下机械角；12. 电机COS 控制器给出励磁产生定子电流用设定点；13. 带有附属励磁电流控制器磁通控制器在运行稳定状态下可以提供出一个恒定设备磁通量；14. 转子励磁控制更为经济。在停机状态下可以将励磁降到最低
7、点，而在重新启动之前可以自动增加励磁。三、 矢量变换控制原理和流程块状图。SIMOVERT D矢量变换控制块状图单线图第二节 相位电流控制电流控制器具有有源限定功能并在间歇电流范围内进行自动增益调节和综合动作时间调节；命令组件用于逻辑顺序控制以及归零状态下达到最小电流值；一旦记录到过电流现象可以进行脉冲切换；逆变器触发角限定决定电流值；电流限定值设定为可调值。同步模块用以补偿变压器相位切换。会从一个变压器和高压开关柜上取同步电压。第三节 循环变流器控制追踪功能为了进行快速维护工作，在循环变流器传动装置数字传动控制中提供了一个TRACE (追踪) 功能包。TRACE (追踪) 功能包中存储着几个
8、通道，可自由进行编程（如i act, u act, n ref, n act 等等）并且由一个错误信息（可自由编程）进行触发。至于TRACE (追踪) 功能包显示什么样信号可以在操作面板上进行选择。存储数值会通过模拟输出被记录下来。第四节 SIMADYN D循环变流器控制控制系统结构框图控制系统配置图第二章 Simadyn D硬件配置第一节 硬件配置简图Simadyn D硬件组成单线简图如图-标准Simadyn D硬件配置，图中示出主要功能模块和核心组件。标准Simadyn D硬件配置第二节 硬件配置简要说明一、 框架及其附件标准Simadyn D框架为24槽，硬件为以下结构：槽槽号00100
9、2003004005006007008009010111112113114115116117118119220221222223224块名称PPM6IIT41SSPAREMMM4PPM6IIT42IIT42EEP22IS1SSPARESSPARESSPARECS7+SS52*2+SS4*1SSPAREPPM6SSPARESSPARESSPARESSPARESSPARESSPARESSPARE图中标准Simadyn D基本单元控制系统包括：在基本单元上方有带风扇电源SP8.5，基本单元包括CPU处理单元、I/O处理模块IT41和IT42、矢量控制模块EP22和IS1、接口模块CS7。此外还有A3
10、00信号I/O模块和一些接口模块。二、 各模块概述3个CPU（PM6、订货号- 6DD1600 - 0AK0），分别起到总体控制、矢量控制和通讯控制三大作用。第一个CPU做度闭环，且对控制系统总体起着协调作用。第二个CPU矢量变换和反变换 电机电压、电流送入此CPU。第三个CPU 进行通讯，有些控制系统中还带有ITDC，能发脉冲，还能进行通讯，任务能够分解。该模块所能允许最短扫描周期是0.1ms，一般我们取0.5ms。EP22板卡是Simadyn D控制系统核心运算部分，其设计是专门为矢量变换闭环控制所用。由于其特殊应用场合，EP22板卡运算速度是普通CPU4-20倍。由于EP22在基本单元中
11、是无源配套设备，因此需要一个处理器板卡作为依托（一般称之为“主”），EP22必须要经过“主”初始化，且要保证在运行中能够实时进行数据输入输出。需要注明是，所有EP22能够运行，必须要配套有一个接口板（即EP22上能够抽出条状电路板），此接口板是在备件中没有，要更换话，必须将此接口板放入新EP22中。正常情况下，我们应该将二者作为一个独立设备处理。此接口板和EP22如果接口板损毁，可以联系北京西门子张红祥，以期解决。IT41和IT42，这两个名称相近板卡有着不同作用。IT41板卡应用于开闭环控制中，如速度闭环和位置控制。除模拟量和二进制输入输出外，IT41还留有编码器输入供速度闭环使用。IT42
12、在Simadyn D系统中用于连接PM6处理器执行一些基础开闭换工作，如液压控制或密闭压力控制等。此模块有4个模拟量和16个二进制输出输出，同时带有4个电压频率变频器集成浮点模拟输入。Simadyn D系统中还有许多接口板，分别为SU10、SU11、SB70、SB61、SB10、SA20.1、SA61。这些模块都将直接和SD基本单元连接到目前为止，现场中以SA20.1和SA61出现问题机会相对较多，因此对其要做详细解释。SA20.1和SA61合称为SA60.1，在控制系统中称为同步模块，起到同步在EP22中门极触发电压作用，其正常运行直接影响到可控硅触发换相等动作，现场中SP控制系统曾经多次出
13、现该模块或和之相关模块故障导致事故停机情况。其中SA61（6DD2920-0AR1）称为变压模块，SA20.1称为线路检测模块，这两个模块是通过一个10芯线互相连接。SA60.1带有一个扩展低压信号设定范围，此功能由子模块SA20.1实现对线电压控制。SA61中三个单相变压器T1、T2、T3能够有效地将三相输入侧和二次侧电压进行绝缘隔离。二次侧电压通过10芯线连接到线路检测模块，在此模块中，每一相都将进行变换。首先每一个信号将面临有差别放大从而每相将有别于其它相位。其改变增益必须通过8路DIP开关S1和S2手动来设定，该设定要随着和之连接额定输入电压变化而定。其中S1开关 1-4：同步电压UL
14、1-L2设定增益5-8：同步电压UL2-L3设定增益S2开关 1-4：同步电压UL:3-L1设定增益5,6：留空7,8：连接或断开电位计R1（直流电压输出调整）S2:7关闭，S2:8开启：R1无效 ，反之R1启动。第三章 Simadyn D性能调试调试一般为新安装设备要投入使用需要做调整或在运行中为了满足新需求而进行设备功能完善或改进，在设备使用中，为了性能更加优良，在控制系统中做变动也属于调试范畴。第一节 调试分类按照调试阶段，可以分为单体调试和联动调试，即将各单机架调试成功后，整体进行调试，且能够按照生产要求进行速度和力矩输出。按照传动负荷，可以分为独立调试和带联轴器调试，独立调试是传动系
15、统本身调整，但最终目是通过联轴器服务于轧机轧制机械轧辊。按照反馈类型，可以分为开环调试和闭环调试。按照调试软件，可以分为硬件配置调试、Simadyn D调试和TDC调试。对于此调试分类，硬件配置是专用程序和数据线对固件进行程序装载，一般相对固定。这里将详细对双闭环调试进行说明，我们在调试中一般看到大多数是在Simadyn D中进行调试，而看到TDC调试较少。其原因在于，TDC是一种新衍生出来性能高于Simadyn D控制系统，但目前Simadyn D系统已经足够对整个传动系统进行控制。众所周知，TDC在控制中起到是外环速度控制，而我们在第二章中已经提到Simadyn D系统中其实已经含有了速度
16、控制PM6单元，也就是说，Simadyn D系统可以起到Simadyn D和TDC合到一起作用。现在鞍钢本部1700生产线粗轧控制系统就是只用了Simadyn D控制系统，减少了通讯点数，同时故障点也减少了许多。TDC优势在于，其编程界面更加容易理解，且修改简单，能够远程进行调整，尤其是对部分外围设备（如风温、压力、轴温、漏水检测等）调整，能够简单方便进行。以下我们所提到调试主要以Simadyn D调整为例进行说明。第二节 调试工具及步骤调试中需要软件工具有工具应用备注参数表下载Excel数据（宏工具）IBS501（运行环境DOS或MS-DOS）或IBS2.4下载和上传参数Omni Drive
17、 读卡器对Flash卡进行程序下载SS52-Loader oderCOMET200 (Vxx)SS52 和CP50M0CP50M0 只在有 A09或A10基础上Prosave oder Protool下载程序 OP17 只在有 A09、A12或A10基础上调试中需要硬件工具有笔记本（带COM口和LPT1口）Omni DriveSimadyn D程序可以用Unix系统下Struc G编程软件进行改写，而现在标准程序已经很成熟，不再提供改写余地，即在供货时无Struc G给最终使用者。我们所提及调试是将图形化程序转作带有地址表格形式进行参数调整和修改或地址链接。在调试中一般是使用DOS（MS-DO
18、S）环境下IBS501如下图有时也会用在windows界面下IBS2.4来进行更改，如下图第三节 调试中需要注意问题在调试中需要注意以下几点：1. 线缆连接正常，单个CPU和CS7上调试线有区分； 2. 波特率和COM口设定正确；3. 养成良好习惯，调试前备份，并在调试中及时做记录，避免出现混乱；4. 结束后将程序及时做好归档，并两地以上存放，避免程序丢失或损毁。第四章 常见故障诊断第一节 故障信息查阅故障信息在OP17面板上显示，OP17面板是一个集通讯、显示和调试为一体操作面板。在此面板上我们可以看到故障代码和故障信息，已经其报警时间、复位时间和消除时间。如下图：由于报警信息是英文，鉴于当
19、前英文并未完全在点检员和运行协力中普及，会在识别故障和信息传达上造成很大麻烦。因此我们做了一个故障信息供运行协力查阅文件，文件中一个完整信息是如下例格式：:N: 0497 497:T: BU412: VECTOR DEVIATION TOO LARGEnBU412：矢量模型矢量偏差太大:T: VECTOR MODEL ACTUATED :A: P1 Q1 D+ 我们将以上表格做出以下标记：A甲B乙C丙D丁故障号（英文）故障号（汉语）故障信息（英文）故障信息（汉语）故障信息（英文）故障信息（汉语）故障信息（英文）故障信息（汉语）其中左半部分是英文故障号和信息，右半部分是中文故障号和信息。出现报警
20、或跳闸时，确认前先看OP17面板上显示，然后对比校验清单中“B”项和“C”报警信息T: “”双引号内内容，（其中C项为面板中第二行显示），确认相同后，则看后面乙丙丁项，则可明确具体故障汉语解释。第二节 常见故障诊断一、 故障代码简介Simadyn D主传动系统，共有故障代码位999个，实际含约650个故障信息。其中有占有1/3前半部分故障信息，主要针对外部故障，如整流变和励磁变温度瓦斯监视、风机油泵电源、漏水检测，还有一些电机温度和外部接口。其余是主传动基本单元相关故障报警。对于前半部分报警，由于其检测主要是硬件反馈，且在故障信息中基本上会有故障图号位置说明，如“H02/07.2 Leakag
21、e water in motor detected”，我们可以在图纸“H02/07.2”页找到故障源位置，并且可以根据其故障走线位置（检测器-主电机接线盒-Et200箱-传动柜）进行查找。因此相对比较容易排除，这里我们将主要对基本单元故障信息进行说明。二、 基本单元故障信息说明基本单元故障信息以BU为开始，且关联范围比较大，例如BU434 SYNCHRONISING VOLTAGE FAULTY STATOR（定子同步电压故障），对于此故障我们应该首先打开详细故障表，可以看到此故障只报警，无脉冲封锁，不停轧。如果此报警信息和脉冲阶跃和脉冲频率一起出现，则可能是后两者影响造成同步电压故障，如果单
22、独出现此报警，我们要从软件和硬件两方面进行分析：软件中计算-同步电压绝对值低于在工厂设计中设定值，此绝对值是在A095模块输出两个模拟量信号（USYN1, USYN2/DA10）计算而得，此两个模拟量信号来源为我们上面提到IBS中地址【2FP-TR.UI-IN.Y4 (USYN1) and 2FP-TR.UI-IN.Y8(USYN2)】。并且西门子在工厂设计中对这两个值默认值和标度因子也做了明确规定，我们首先确认这些数据是否正常，即可基本排除软件方面故障（但也可能存在网络传输方面错误）。 硬件信号-可能存在A025中信号丢失（线虚接或断开），A094电压低模块损坏，（同时我们也从图纸中可知在A
23、094信号传输路径相对较复杂： Q11(同步电压开关)A093（SA61模块）A094（SA20模块）A092（SU14模块）A100-D09（SIMADYN_DIS1板）A300-D01（2、3）-X9(SE20.2)三相功率单元。），同时A094还带有可以调整电位计，对电位计调整不当，也会引起同步电压故障。除此之外，还有可能通讯出现错误，或者高压同步变压器故障等等诸多原因，这也是主传动事故处理时间可能会很长最大原因。第三节 故障诊断方法根据现场处理故障经验，我们对主传动故障诊断，基于以下几点：1. 经验积累。对出现过或听说过故障进行现象总结，处理过程分析，并找出在故障处理过程中优点和不足，
24、做成文档，供查阅；2. 内外分开。出现问题，可能是机电结合部问题，也可能是一级和传动、高压和传动、传动TDC和传动Simadyn D、Et200和传动TDC、Simadyn D内部基本单元和功率单元之间接口，我们在实际处理中，首先要判断出现问题大致所在，并尽力使眼光向内看，对自己所负责设备可能造成事故原因进行逐一排查。3. 多维分析。主张开阔思路，避免在处理故障过程中受到经验或理论局限。一般，。到现在为止，Simadyn D主传动控制系统仍然是一个相对难以理解，故障系统繁杂，内部核心理论高深一个控制领域，到现在我们在处理不常见问题时也会耗费大量时间，甚至最终也无法透彻分析出事故具体原因。但困难就是为被克服而存在，我们只要在理论和实际学习中不断进步，就能够最大限度控制事故发生频次和故障处理时间，就能够尽最大可能提高设备可开动率，为设备保障部荣誉增砖添瓦，贡献自己全部力量！