一种利用S120变频器控制转炉倾动系统的方法与流程

一种利用s120变频器控制转炉倾动系统的方法
技术领域
1.本发明属于转炉倾动系统控制的技术领域，具体涉及一种利用s120变频器控制转炉倾动系统的方法。


背景技术：

2.在一个转炉冶炼周期内，转炉至少经过三次前倾，一次后倾才能完成冶炼过程，转炉操作为plc控制，收到操作。转炉倾动机构采用4台电动机传动，可驱动转炉本体在360度的范围内任意转动。正常工作时，4台电动机同步运行，同步启停；当1台或者2台电动机出现故障停机时，plc立即对剩余的运行电机的速率设定等参数进行调整。当3台以上电机出现故障停机时，转炉立即停止倾动。
3.因转炉倾动设备由四台电动机驱动，其输出轴通过齿轮刚性连接，齿轮箱驱动机械结构摇动转炉。需要每台电动机同步运转或均匀出力，这时需要对变频器进行主从控制。主从控制中主传动是典型的速度控制，从传动是速度或转矩控制。当主传动和从传动的电机轴通过传输带等柔性设备连接时，从传动和主传动之间允许有细微的速度差，从传动使用速度控制；当主传动和从传动的电机轴通过链条或齿轮等刚性设备连接时，从传动和主传动之间没有速度差，从传动使用转矩控制，负责输出一定比例的转矩以均衡主传动的负荷，整个传动系统的速度控制由主传动来完成。对于从传动为转矩控制的变频器来说，转矩给定来自主传动速度调节器输出之后经过限幅的转矩设定值，自身的速度环不起调节作用，传动控制命令也来自于主传动。转矩给定值和控制命令的传输形式根据变频器的不同而不同。原来的同步控制由plc完成，plc与变频器走的dp通讯，由plc给四个变频器发送控制和速度命令，这样可能会出现动作不同步的现象。
4.另外，现有的转炉倾动系统普遍采用profibus
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dp总线来构建转炉倾动控制系统，4台倾动电机分别由4台单独的变频器控制，plc控制器通过profibus
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dp总线与4台倾动变频器进行通讯，传递启停命令以及速度转矩设定值等数据，倾动主从动变频器之间通过simolink光纤(或 sinamics link光纤)传递同步数据，plc控制器与操作员站则通过以太网来通讯传递数据。
5.此控制系统中包含了以太网、profibus
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dp总线和sinaimics link光纤三种不同的通讯方式。并且，profibus
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dp总线本身具有以下缺点：i)数据传速速度慢，profibus
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dp总线的最大传速速度为12mbps，且受传速距离的影响；ii)系统的可靠性不高，profibus
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dp总线采用一连到底的连接方式，通过一根双 绞线将主站与所有的子站连接起来，当某段总线或某个子站出现故障的情况下，其余子站 有可能全部停止工作；iii)抗干扰能力差，profibus
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dp总线采用屏蔽双绞线进行通讯，profibus规范无 法与普通屏蔽双绞线的内阻、线间电容等参数相匹配，系统经常出现非正常通讯状态，导致 抗干扰能力不强；iv)故障诊断较难，一旦profibus
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dp网络出现故障，查找故障点比较困难，缺乏有 效可靠的专业检测仪器，只能依靠经验丰富的维护人员进行故障点排查，不仅浪费宝贵的 生产时间，影响生产计划，还增加了人力成本。
6.由于profibus
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dp总线的上述缺点，采用profibus
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dp总线构建的转炉倾动控制系统中存在profibus总线扩展性不理想，系统抗干扰能力差，故障查找困难，不能直接与tcp/ ip接口相连接，数据传递效率不高，可靠性不佳等缺点，影响了转炉倾动控制系统的稳定性和快速性。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种利用s120变频器控制转炉倾动系统的方法，使用该方法实现s120变频器通过cbe20用sinamics link方式做主从控制方式控制倾动系统。使用这种变频器控制方式可以比plc更可靠速度更快，持续推进自动化系统升级，逐步向智能制造企业迈进，转化并实现持续的经济效益提升和管理升级。
8.本发明的技术方案是：一种利用s120变频器控制转炉倾动系统的方法，适用于包括四台s120变频器的转炉倾动系统，且有一台作为主变频器其它三台作为从变频器，另外选一台从变频器作为备用主变频器，每台变频器分别包括有控制单元，包括如下步骤：s1.在转炉倾动系统中的四台变频器的cu320
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2dp上分别安装cbe20通讯板，并对其分别定义1
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4号站点，通过网线连接，网线由1号站的p2口跳至2号站的p1口，依次类推；s2.对每台变频器进行配置cu320
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2dp中sinamics link相关参数，每个控制单元需要进行站地址分配，站地址通过参数p8836进行设置，最大值为64，cbe20插入控制单元后为其分配通讯接口，并进行通讯方式设置，p8839为其选择通讯接口if1或if2；p8835用来选择其通讯功能；s3.配置主从切换：假设将站地址1号作为主，2号也可以切换为主，2号切换为主时1号为从；s4.抱闸控制，抱闸打开或者关闭命令由主变频器内部进行逻辑判断然后发送至plc，由plc再进行判断后控制四台变频器抱闸打开或者关闭。
9.具体的，所述的步骤s3中主从切换中，切换点由plc发送至需要切换的变频器的某一位，当站地址1号为主时，1号为速度控制，速度给定值来自plc，然后将1号的转矩设定值r79 t通过link发送出去，234号站作为从，直接使用转矩控制，转矩设定值来自1号站发送的r79，当1号为从时，该变频p1501=r8893.0置1(与plc通讯第四个字第0位)切换为转矩控制，转矩设定值来自2#主的转矩设定值r79；2 号站地址为主的变频器的设置同样与1号站参数相同，该变频转矩设定切换p1501=r8893.0置1(与plc通讯第四个字第0位)切换为转矩控制，两个变频器分别与plc通讯第四字第0位在plc程序里通过取反切换主从。
10.具体的，所述的步骤s4中抱闸控制的具体步骤如下：抱闸打开命令源p1220=电流实际值r68，大于阈值40%时发出打开命令；抱闸关闭命令源p1225=速度实际值r63，低于阈值30rpm时发出关闭命令；机械抱闸打开时间和关闭时间p1216、p1217均设为100ms。
11.具体的，所述的控制单元的触发命令取决于母线电压值，高于设定值时发出触发命令，进行能量耗散。
12.本发明的有益效果是：通过本发明提供的方法，实现s120变频器以cbe20用sinamics link方式做主从控制方式控制倾动系统，同样的主从控制方式还可以应用到其他行业1主多从的钢性连接轴。使用这种变频器控制方式可以比plc更可靠速度更快，作为
创新点，持续推进自动化系统升级，逐步向智能制造企业迈进，转化并实现持续的经济效益提升和管理升级。本发明使用的方法主从切换使用变频器内部位通过plc通讯切换，可以实现任意一个都是主站，抱闸控制使用变频器内部逻辑判断后反馈至plc的状态位，最终通过plc控制更为可靠。
13.本发明的主要优点在于：1.s120变频器既要与plc使用dp通讯又要与其他三个站点使用sinamics link通讯，需要配置两套通讯参数；2、配置sinamics link通讯需要有一个站点为主站，其他三个站点为从站。主站速度来自plc，实际转矩发送出去由从站接受作为转矩给定值。每个变频器都要实现速度控制和转矩控制切换，即作为主站时切换为速度控制，作为从站时切为转矩控制；3、当作为从站时要配置转矩给定值是来自几号站点，该功能既要在plc里做控制位给定然后再变频器通过自由功能块来切换转矩给定选择；4、抱闸控制是先通过主变频器内部抱闸逻辑控制，然后反馈给plc，plc再做相关程序用主变频器的抱闸反馈位同时控制四个电机的抱闸，防止一个变频器故障影响抱闸打开。
附图说明
14.图1是本发明变频器连接示意图。
具体实施方式
15.下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明本发明提供的利用s120变频器控制转炉倾动系统的方法，适用于包括四台s120变频器的转炉倾动系统，且有一台作为主变频器其它三台作为从变频器，另外选一台从变频器作为备用主变频器，每台变频器分别包括有控制单元，包括如下步骤：首先，在转炉倾动系统中的四台变频器的cu320
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2dp上分别安装cbe20通讯板，并对其分别定义1
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4号站点，通过网线连接，网线由1号站的p2口跳至2号站的p1口，依次类推，如图1所示。第二步，配置cu320
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2dp中sinamics link相关参数，每个控制单元需要进行站地址分配，站地址通过参数p8836进行设置，最大值为64，cbe20插入控制单元后需要为其分配通讯接口，并进行通讯方式设置，p8839为其选择通讯接口if1或if2;p8835用来选择其通讯功能，例如sinamics link、profinet等。sinamics link的报文为16个固定的过程数据空间（pzd），可以理解为数据通道，要发送的数据可以通过参数p8871进行通道选择，p8871.0
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p8871.15对应pzd1
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pzd16，参数值范围为0
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16。例如p8871.0=10,pzd1通过第10个数据通道进行发送。每个pzd为一个字节的长度，每个控制单元最多可以发送和接收16个数据字。如果cbe20硬件分配的通讯接口为if1，所发送的数据内容通过参数p2051来进行选择，p2051.0
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p2051.15对应pzd1
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pzd16。p2051和p8871参数设置完成后就完成了数据内容发送。接收的数据通过参数p8872和p8870来进行选择。其中p8872用来选择所要接收数据的站地址。p8872.0
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p8872.15的值对应pzd1
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pzd16里接收的数据字来自于哪个站地址，最大值为64。例如p8872.0=1，接收数据pzd1的内容来自于1号站；其中p8870用来选择要接收数据的通道号，p8870.0
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p8870.15的参数值对应pzd1
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pzd16里接收数据来自于哪个通道，最大值为16。例如p8870.0=10,pzd1接收的数据来自于通道10。p8872.0=1 p8870.0=10意思为该节点接收1号站的第10个通道的数据，其中具体数据内容在参数r2050.0
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r2050.15中显示。
16.第三步.配置主从切换：假设将站地址1号作为主，2号也可以切换为主，2号切换为主时1号为从。具体的，切换点由plc发送至变频器的某一位，当站地址1号为主时，1号为速度控制。速度给定值来自plc，然后将1的转矩设定值r79 t通过link发送出去，234号站作为从，直接使用转矩控制，转矩设定值来自1号站发送的r79.当1号为从时，p1501有plc发送的位置1号切换为转矩控制，转矩设定值来自2#主的转矩设定值r79。站地址为2号的变频同样与1号站参数类似，转矩设定切换与1号站相反。
17.第四步，四台电机在输出轴处都设有抱闸装置，抱闸打开关闭命令由plc输出，plc来自状态字的主变频器状态字抱闸打开命令，抱闸打开命令源p1220=电流实际值r68，大于阈值40%时发出打开命令；抱闸关闭命令源p1225=速度实际值r63，低于阈值30rpm时发出关闭命令。机械抱闸打开时间和关闭时间p1216、p1217均设为100ms。转炉倾动设备是频繁往复式运动设备，对电动机有快速制动的要求。s120变频器内整流部分为二极管功率器件，无能量回馈功能，配备制动单元和制动电阻将电机制动时产生的能量消耗掉。制动单元的触发命令取决于母线电压值，高于设定值时发出触发命令，进行能量耗散。变频器默认配置具有直流电压保护功能，母线电压过高时自动对速度设定值进行叠加，使电动机由发电状态转为电动状态，消耗多余能量。此时需要将该功能手动屏蔽p1240=0，激活能耗制动功能。
18.通过该方法，实现s120变频器通过cbe20用sinamics link方式做主从控制方式控制倾动系统。同样的主从控制方式还可以应用到其他行业1主多从的钢性连接轴。使用这种变频器控制方式可以比plc更可靠速度更快，作为创新点，持续推进自动化系统升级，逐步向智能制造企业迈进，转化并实现持续的经济效益提升和管理升级。
19.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。