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引言：本文介绍了基于变频技术实现的推拉式酸洗机组电气控制技术，自动控制系统采用电气仪表一体化的控制系统，完成整个生产过程的数据采集、顺序控制、连续控制等功能。现场操作人员可通过HMI进行人机对话、修改过程参量和改变设备的运行状态，监视整个生产过程。
一、引言
随着工业化进程的不断推进，为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用驱动动力是都会留有一定的余量。这样使得电机在不能满负荷情况下运行时，超出驱动动力需求外的多余力矩增加了有功功率的消耗，造成了电能的浪费。
本文基于变频技术在控制系统中的大量应用，结合推拉式酸洗机组的电控设计方案，详细阐述了变频技术所带来巨大的节能效果。
（一）传动部分
工艺上需要调速的变频系统采用AC / DC 直流母线 +整流/回馈+逆变器的形式。
（二）自动化部分
整个自动化系统由交流传动及分布式I/O从站、PLC可编程系统和监控系统（工控机）组成。
网络系统分为交流传动装置和远程I/O从站与PLC之间采用Profibus-DP网通讯， PLC控制系统与监控系统之间采用以太网通讯。
本机组的自动控制系统采用电气仪表一体化的控制系统，完成整个生产过程的数据采集、顺序控制、连续控制等功能。现场操作人员可通过HMI进行人机对话、修改过程参量和改变设备的运行状态，监视整个生产过程。
二、电气传动系统
（一）概述
为了确保主线工艺设备电气装置的先进性和投资使用的合理性，工艺上需要调速的变频电机采用交流电源+整流/回馈+DC直流母线+逆变器的控制方案。对工艺不需调速的交流电机，采用工频直接起停方案，交流电机控制中心MCC采用GCS抽屉式控制柜，低压配电中心PCC采用GGD型固定式开关柜负责对检修、照明电源等的供电。
（二）整流/回馈设备的组成及功能描述
单元（电源换向）向逆变器的直流母线供电，它不仅由三相交流电源取得电动状态的能量，而且能将直流母线上的发电状态能量送回电网。它通过两个互不相干的晶闸管桥来实现（即由两个反并联﹑6脉动晶闸管桥组成），能在两个方向上有电能流动，能够将电能送回电网（四象限工作）。
（三）西门子6SE70系列变频器/逆变器的组成及功能描述
主回路采用交流电源-整流/回馈单元-直流公共母线-逆变器的控制方案。
采用SIEMENS公司生产的6SE70系列交流变频器。该变频器基于IGBT技术，用于控制三相异步感应电机，具有很高的动态速度精度和输出扭矩。标准控制包括很多的标准功能和选项，可覆盖所有的应用要求。由参数设置选择各种控制模式：标量控制（V/F），无传感器矢量控制（开环），磁通矢量控制DFC（闭环）。
该系列产品的应用可使用户获得极强的灵活性，控制软件包括很多的标准功能和选项，增强控制基于微处理器结构，满足复杂的系统工程应用。
三、自动化系统
（一）自动化系统组成及功能描述
整个自动化系统由交流传动及分布式I/O从站、PLC可编程系统和监控系统（工控机）组成。整个网络系统分为交流传动装置和远程I/O从站与PLC之间采用Profibus-DP网通讯。
1、监控系统组成
监控系统由工业控制机硬件和软件组成。
计算机监控系统采用3台PⅣ研华工业控机系统软件采用WIN2000，编程软件采用STEP7 5.4软件，监控软件采用WINCC 6.1组态软件，与PLC通过以太网进行通讯。
2、监控系统功能描述
监控系统是通过通讯网络连接，接收和采集有关信息，实现彼此的信息交换，对酸洗生产线和产品进行自动化管理。通过以太网，把酸洗工艺参数设定值和对电气设备的操作从人机接口传送到PLC，把各设备的状态和工艺、电气参数及故障由PLC收集送到人机接口的菲利普液晶显示器显示。
硬件采用三台高性能工业控制机组成，其中一台放在电控室，主要完成与PLC的通讯及实时数据处理功能，另外两台分别完成开卷、卷取的状态监控及生产参数的设定。三台计算机之间构成工业以态网络，各有分工，加快了数据的处理能力，提高了系统的稳定性。主要功能包括：
（1）酸洗参数的设定；（2）酸洗过程中各设备状态显示；（3）电气参数的动态显示；（4）酸洗工艺参数的人工调整；（5）电气设备的一般操作及显示；（6）完善的趋势、报警功能和高级图形界面；（7）在线、离线编程；（8）远程I/O模块布局和配置；（9）全汉化的人机监控；（10）故障报警与纪录；（11）生产报表的生成、存储及打印等。
3、PLC控制系统功能描述
PLC控制系统主要完成酸洗各工艺功能的控制，PLC控制器可根据需要完成速度设定、张力设定、活套设定、逻辑控制、监测和报警等控制功能。另外，在开卷操作台、卷取操作台、开卷液压站、卷取液压站、酸循环柜和MCC控制柜分别设有模块化的I/O从站，以便缩短大量开关量信号线的传输长度。
（二）控制系统专有功能描述
1、速度/张力控制
全线电控设备根据不同的操作状态分别工作于速度系统或张力系统，由PLC控制实现状态的自动转换。当全线处于点动或联动时，相应的传动装置以速度方式运行，完成上带，传带，钢带张紧等局部功能。
系统的主速度基准分为活套前和活套后两部分。在未起套前，全线以九辊矫直机为速度基准，在起套后，活套前装置以九辊矫直机为速度基准，活套后装置以S张力辊为速度基准。开卷机和卷取机建张后传动装置工作于张力系统，其余传动装置均工作于速度系统。
2、三辊张力主从电机负荷平衡控制
电机的控制系统闭环模式工作，在S辊主从控制中，主辊完全按照速度环、转矩环、电流环三环控制，实现的目标是满足自动化系统给定的速度。
主从负荷平衡的控制主要在从辊上，为了使从辊的转矩跟随主辊，我们将从辊的速度给定Vc=K*Vz+Vs ，式中，Vc为从辊速度给定，K为固定比值，Vz为主辊实际速度，Vs为固定常量，在钢带的作用下，从辊的实际速度与主辊的实际速度相同，所以从辊的速度给定与速度反馈一直存在偏差，速度环饱和，转矩限幅起作用，转矩限幅的大小就是主辊的转矩反馈，这样，主辊从辊的负荷达到平衡。
四、结论
本系统论述了推拉式酸洗机组电气控制系统的设计，经过各种功能测试和应用测试表明：该系统实现了控制系统间各个设备的实时通讯，通过远程动画演示、同步通讯，再现了生产线设备工作状态，提高了人机交互能力。
参考文献
[1]陈伯时.电气拖动自动控制系统.北京：北京工业出版社，2009.2.
[2]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用.北京：清华大学出版社，2009.
（作者单位：北方工业大学）
一、引言
随着工业化进程的不断推进，为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用驱动动力是都会留有一定的余量。这样使得电机在不能满负荷情况下运行时，超出驱动动力需求外的多余力矩增加了有功功率的消耗，造成了电能的浪费。
本文基于变频技术在控制系统中的大量应用，结合推拉式酸洗机组的电控设计方案，详细阐述了变频技术所带来巨大的节能效果。
（一）传动部分
工艺上需要调速的变频系统采用AC / DC 直流母线 +整流/回馈+逆变器的形式。
（二）自动化部分
整个自动化系统由交流传动及分布式I/O从站、PLC可编程系统和监控系统（工控机）组成。
网络系统分为交流传动装置和远程I/O从站与PLC之间采用Profibus-DP网通讯， PLC控制系统与监控系统之间采用以太网通讯。
本机组的自动控制系统采用电气仪表一体化的控制系统，完成整个生产过程的数据采集、顺序控制、连续控制等功能。现场操作人员可通过HMI进行人机对话、修改过程参量和改变设备的运行状态，监视整个生产过程。
二、电气传动系统
（一）概述
为了确保主线工艺设备电气装置的先进性和投资使用的合理性，工艺上需要调速的变频电机采用交流电源+整流/回馈+DC直流母线+逆变器的控制方案。对工艺不需调速的交流电机，采用工频直接起停方案，交流电机控制中心MCC采用GCS抽屉式控制柜，低压配电中心PCC采用GGD型固定式开关柜负责对检修、照明电源等的供电。
（二）整流/回馈设备的组成及功能描述
单元（电源换向）向逆变器的直流母线供电，它不仅由三相交流电源取得电动状态的能量，而且能将直流母线上的发电状态能量送回电网。它通过两个互不相干的晶闸管桥来实现（即由两个反并联﹑6脉动晶闸管桥组成），能在两个方向上有电能流动，能够将电能送回电网（四象限工作）。
（三）西门子6SE70系列变频器/逆变器的组成及功能描述
主回路采用交流电源-整流/回馈单元-直流公共母线-逆变器的控制方案。
采用SIEMENS公司生产的6SE70系列交流变频器。该变频器基于IGBT技术，用于控制三相异步感应电机，具有很高的动态速度精度和输出扭矩。标准控制包括很多的标准功能和选项，可覆盖所有的应用要求。由参数设置选择各种控制模式：标量控制（V/F），无传感器矢量控制（开环），磁通矢量控制DFC（闭环）。
该系列产品的应用可使用户获得极强的灵活性，控制软件包括很多的标准功能和选项，增强控制基于微处理器结构，满足复杂的系统工程应用。
三、自动化系统
（一）自动化系统组成及功能描述
整个自动化系统由交流传动及分布式I/O从站、PLC可编程系统和监控系统（工控机）组成。整个网络系统分为交流传动装置和远程I/O从站与PLC之间采用Profibus-DP网通讯。
1、监控系统组成
监控系统由工业控制机硬件和软件组成。
计算机监控系统采用3台PⅣ研华工业控机系统软件采用WIN2000，编程软件采用STEP7 5.4软件，监控软件采用WINCC 6.1组态软件，与PLC通过以太网进行通讯。
2、监控系统功能描述
监控系统是通过通讯网络连接，接收和采集有关信息，实现彼此的信息交换，对酸洗生产线和产品进行自动化管理。通过以太网，把酸洗工艺参数设定值和对电气设备的操作从人机接口传送到PLC，把各设备的状态和工艺、电气参数及故障由PLC收集送到人机接口的菲利普液晶显示器显示。
硬件采用三台高性能工业控制机组成，其中一台放在电控室，主要完成与PLC的通讯及实时数据处理功能，另外两台分别完成开卷、卷取的状态监控及生产参数的设定。三台计算机之间构成工业以态网络，各有分工，加快了数据的处理能力，提高了系统的稳定性。主要功能包括：
（1）酸洗参数的设定；（2）酸洗过程中各设备状态显示；（3）电气参数的动态显示；（4）酸洗工艺参数的人工调整；（5）电气设备的一般操作及显示；（6）完善的趋势、报警功能和高级图形界面；（7）在线、离线编程；（8）远程I/O模块布局和配置；（9）全汉化的人机监控；（10）故障报警与纪录；（11）生产报表的生成、存储及打印等。
3、PLC控制系统功能描述
PLC控制系统主要完成酸洗各工艺功能的控制，PLC控制器可根据需要完成速度设定、张力设定、活套设定、逻辑控制、监测和报警等控制功能。另外，在开卷操作台、卷取操作台、开卷液压站、卷取液压站、酸循环柜和MCC控制柜分别设有模块化的I/O从站，以便缩短大量开关量信号线的传输长度。
（二）控制系统专有功能描述
1、速度/张力控制
全线电控设备根据不同的操作状态分别工作于速度系统或张力系统，由PLC控制实现状态的自动转换。当全线处于点动或联动时，相应的传动装置以速度方式运行，完成上带，传带，钢带张紧等局部功能。
系统的主速度基准分为活套前和活套后两部分。在未起套前，全线以九辊矫直机为速度基准，在起套后，活套前装置以九辊矫直机为速度基准，活套后装置以S张力辊为速度基准。开卷机和卷取机建张后传动装置工作于张力系统，其余传动装置均工作于速度系统。
2、三辊张力主从电机负荷平衡控制
电机的控制系统闭环模式工作，在S辊主从控制中，主辊完全按照速度环、转矩环、电流环三环控制，实现的目标是满足自动化系统给定的速度。
主从负荷平衡的控制主要在从辊上，为了使从辊的转矩跟随主辊，我们将从辊的速度给定Vc=K*Vz+Vs ，式中，Vc为从辊速度给定，K为固定比值，Vz为主辊实际速度，Vs为固定常量，在钢带的作用下，从辊的实际速度与主辊的实际速度相同，所以从辊的速度给定与速度反馈一直存在偏差，速度环饱和，转矩限幅起作用，转矩限幅的大小就是主辊的转矩反馈，这样，主辊从辊的负荷达到平衡。
四、结论
本系统论述了推拉式酸洗机组电气控制系统的设计，经过各种功能测试和应用测试表明：该系统实现了控制系统间各个设备的实时通讯，通过远程动画演示、同步通讯，再现了生产线设备工作状态，提高了人机交互能力。
参考文献
[1]陈伯时.电气拖动自动控制系统.北京：北京工业出版社，2009.2.
[2]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用.北京：清华大学出版社，2009.
（作者单位：北方工业大学）