AutomaxDPS在攀钢冷轧酸洗线的应用

［摘  要］主要介绍Automax DPS-SD3000自流传动控制系统原理及在攀钢冷轧厂酸洗线的应用。Automax DPS将传动分成不同的层次进行控制，通过Automax PLC处理器进行较高级别的控制运算和传动控制调整，用UDC控制模块进行外部控制环处理，用PMI系统进行功率模块的实时控制。

0  引言
    传统工业领域中直流调速系统已被广泛使用。2000年开始的攀钢集团公司冷轧薄板厂酸轧联机改造小，酸洗生产线使用的直流控制系统是美国Reliance公司（现美国Rockwell公司）的Au-tomax DPS-SD3000直流传动控制系统。
    Automax DPS是对交流和直流传动控制进行分布式处理的系统。它将传动控制分成不同的层次，并通过Automax PLC处理器进行较高级别的控制运算和传动控制调整，用UDC控制模块进行处部控制环处理，PMI系统进行功率模块的实时控制。
1  系统组成
    Automax DPS-SD3000直流传动控制系统由UDC模块（Universal Drive Controller Module）、PMI  （Power Moudle Interface）机架和功率整流单元柜组成见图1。


    （1）UDC模块。特殊高速从处理器模块，安装在Automax PLC机架上，一个Automax PLC机架上最多可同时安装10块UDC模块，一个UDC模块可以控制两个单独的直流电机，即最多可控制20个传动电机。以RISC微处理器为基础的UDC模块包含非易失性闪存储器，存储UDC模块和PMI处理器的操作系统，存储传动配置信息，UDC任务及其他信息。UDC模块与Automax PLC处理器之间的数据交换通过UDC内双端口存储器进行。通过UDC模块上的指示灯状态，用户可快速判断出模块是否损坏以及UDC与PMI的通信是否正常。
    （2）光纤。光纤电缆为UDC模块和PMI之间提供点对点的串行通信，传输速率为10Mb／s。通过光纤连接，UDC模块将PMI操作系统，传动配置参数，如功率、电压、转速等，以及其他公共数据传输到PMI处理器；同时PMI处理器将现场反馈数据（如电机转速、电枢电流等）和传动状态等上传给UDC模块。在PMI和UDC模块间的同步命令及反馈命令均通过光纤连接。
    （3）PMI机架。攀钢冷轧酸洗采用4槽机架，由1个供电电源模块、1个PMI处理器模块、1个解析及传动I／O模块、1个直流功率技术模块构成。
    1）电源模块。提供PMI机架内模块需要的电源，同时在输出端给机架风扇供电。
    2）PMI处理器模块。以RISC为基础的PMI处理器模块控制PMI机架的所有通信，执行控制内环即电流环的控制计算，向UDC模块提供反馈数据、状态信号和系统诊断信息。在处理器模块上有5个LED指示灯，可根据灯的状况初步判断是何处故障，例如通信故障、外部故障等。
    3）解析及传动I／O模块。提供12或14b／s分辨率的外部解析器信号到PMI处理器，同时为传动I／0提供模拟信号输人，对解析器及测速仪电缆长度自动进行补偿。在解析及传动I／0模块上有9个LED指示灯，可根据灯的状况初步判断故障状况，如保险烧损、供风不足等。
    4）直流功率技术模块。将电枢和励磁电流控制演算中所需的相关信号数字化，生成电枢和励磁功率模块中晶闸管的触发信号，采集电枢和励磁相关反馈信号，如电枢电流和电压、交流供电电压等
    （4）功率整流单元。攀钢冷轧酸洗用的DC功率单元有两种：一种是直流电枢功率模块，通过SCR整流器调整电压电枢功率；另一种是直流励磁功率模块，进行励磁电流的调节、励磁系统的控制、弱磁调节及励磁丢失等控制。
    Automax DPS-SD3000直流传动控制系统对直流传动控制进行分布式处理，它将直流传动控制分为两级：高级控制级和现场控制级。高级控制级由Automax PLC处理器和多块通用传动模块（UDC Moudle）共同执行，主要负责直流传动的速度环控制（即控制外环），进行电机速度及电流参考值的计算、电机的速度协调以及传动的各种补偿处理等；现场控制级由PMI系统负责完成，在PMI机架上的RISC微处理器负责电流环控制演算、现场传动I／O处理及电机的电枢和励磁整流单元晶闸管触发脉冲的产生。其控制原理如图2所示。


    当UDC模块和PMI系统第1次通过光纤通信时，PMI将向UDC模块请求操作系统。当UDC块在装入自己的操作系统及传动参数时,它将同时下装相应的操作系统到PMI。指令信息在UDC任务的每一次扫描结束前被UDC模块送到PMI，反馈信息在UDC任务的每一次扫描开始前被PMI送到UDC模块。
2  应用特点及系统诊断
2.1  应用特点
    Automax DPS系统具有精确的故障诊断系统，通过LED显示故障代码和状态，可以使维护人员  迅速判断出故障原因和故障位置。DPS具有较为灵活、方便的测试和自动补偿系统，允许用户随时对现场控制电机进行测试，如电枢电阻、励磁电阻、时间常数等，并且自动将测试值写入系统中，另外对转速检测装置（如解析器）自动进行电缆长度补偿。
    在每个PMI机架中的处理器模块上有4个模可以就地同时接4块模拟表或其他记录仪，用来监视电机电流、转速、电压等；在UDC模上也有4个数字／模拟测量输出口，可以对电机控制的相关变量进行输出测量，这样块极大地方便了现场调试和状态监控，为快速判断故障提供依据。
    整个Automax控制系统的人机接口是通过PC编程机实现的，通过编程器可以对DPS的控制参数、控制程序、电机参数等进行修改，修改完毕编译下装后，没有编程器就无法对系统进行人为干预，保证了系统的可靠性。在DPS中，控制内环（即电流环）固化在系统硬件中，用户无法修改；控制外环（即速度环）采用增强Basic语言编写程序，具有一定的灵活性，用户可根据需要通过改变编译下装程序后改变控制模式。
    Automax控制系统的PLC、UDC及PMI处理器均使用32位的RISC的CPU，系统响应较快，对传动控制能够快速响应。
2.2  系统诊断
    为了能够迅速诊断和排除故障，DPS内置有全面的诊断系统。根据系统运行方式，分为3种诊断模式：（1）上电诊断。上电诊断由UDC模块和PMI机架中的PMI处理器执行，当给Automax机架或PMI机架送电时，UDC模块或PMI处理器会立即执行一系列模块硬件自诊断检查，如果上电诊断通过，系统继续运行；如果上电诊断未通过说明系统硬件有问题。（2）联锁诊断。联锁诊断由PMI处理器执行，该诊断主要检查系统控制条件是否满足，如相序检查等。如果在联锁诊断中发现有任何一个错误，PMI操作系统会自动将电流控制回路（电枢或励磁）置于空载状态，封锁控制回路输出。同时，在联锁诊断中，系统会自动进行电枢和励磁的鉴别测试，并将鉴别出来的数据自动写入到系统中，从而实现系统对传动的精确优化控制。（3）运行诊断。当UDC模块将操作系统传输给PMI机架后，运行诊断开始连续运行。运行诊断检查PMI机架各模块和传动装置的状态，以及UDC与PMI之间的通信是否完整。诊断的结果分别存放在UDC模块的错误和故障寄存器中，以供系统和用户查看。运行诊断和联锁诊断的主要区别是联锁诊断检查的是控制回路启动（即空载状态）前的状态条件，运行诊断诊断的是控制回路启动后（即带负载状态）的状态条件。诊断的结果可分为两类，一类是传动报警，是被PMI处理器操作系统诊断出的错误状态，指示传动控制未处于优化状态，如AC三相不平衡等，传动报警不会关闭控制系统；另一类是传动故障，是被PMI处理器操作系统诊断出的故障状态，该故障会自动关闭控制系统，如晶闸管击穿、模块损坏、电机故障等。
3  结束语
    自2002年AutomaxDPS-SD3000直流传动控制系统在攀钢冷轧厂酸轧联机改造投入应用以来，可靠性较高，运行基本稳定。由于DPS采用模块化设计，具备日后升级能力，且与其他PLC兼容，因此推广应用前景较大。