SimadynD控制系统原理硬件配置调试及常见故障诊断.docx
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SimadynD控制系统原理硬件配置调试及常见故障诊断
SimadynD控制系统原理、硬件配置、调试及常见故障诊断
第一章SIMADYND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、矢量变换的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的追踪功能………………………………………………………4
第四节SIMADYND循环变流器控制控制系统结构框图…………………………………4
第二章SimadynD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SimadynD性能调试…………………………………………………………………7
第一节调试分类…………………………………………………………………………7
第二节调试工具及步骤……………………………………………………………………8
第三节调试中需要注意的问题……………………………………………………………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……………………………………………………………………11
SimadynD主传动循环变流器控制系统，是轧钢企业中广泛采用的电力拖动系统，鲅鱼圈钢铁分公司的热轧和厚板的主传动系统均采用了标准SimadynD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，以快速稳定的速度和力矩输出实现传动的双闭环控制。
第一章SIMADYND主传动循环变流器控制系统原理
SIMADYND主传动循环变流器控制具有下列的控制功能：
用于转子定位检测用的TRANSVERTOR®控制，DC-磁通量调整控制，COSφ控制，弱磁控制；
基速以上在恒功率范围内的对电压进行控制，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的磁通量进行控制。
设定值参照一定比例的电源电压。
变频保护（过流保护）
在硬件和逻辑软件中完成急停功能。
电机会在一个受控的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的控制系统。
通过使用TRANSVERTOR®控制，就可以获得优良的控制性能。
TRANSVERTOR®控制的原理是以改变定子电流的相位角为基础的。
而其修正的依据与有效磁通轴的角度相一致。
要计算磁通的状况，必须通过两个相互增补的模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。
电流控制的原理等同于直流电机中的电流控制。
TRANSVERTOR®控制的元件处于转矩方向和磁通的方向。
根据与系统有关的磁通电流设定点，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的脉冲模型就可以达到一个优良的转矩性能。
TRANSVERTOR®控制允许电机设备在任何的时间内都可以优先注入超过整个转速和负荷范围的电流值。
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。
通过两个相互增补的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®控制全部为数字化控制。
其结果需要相对较少的不同硬件模块，绝对的重复性设定以及真正意义上的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.通过测出来的定子电流和电压值，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的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的初始位置以及运行过程中的具体位置；
3.可调的智能弱磁特性；
4.磁通控制器可以在定子电流和励磁电流的励磁部件上运行；
5.利用测出的定子电压和电流，电压模块计算出磁通矢量的角度和绝对值；
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的角度和绝对值并可以计算出励磁电流设定点。
7.参考值可以在一个正确的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的响应特性；
9.磁通控制的励磁调节原理是确定电机设备的磁通量并预先设定从励磁调节电流设定值推算出来的定子电流设定值；
10.结合在电机模型基础上的电压和电流，从测出的定子电流和电压值中确定电机磁通的角度和幅度；
11.在励磁建立的过程中求出EMF—电压值，利用这个数值确定转子轴在停机状态下的机械角；
12.电机的COSφ控制器给出励磁产生定子电流用的设定点；
13.带有附属励磁电流控制器的磁通控制器在运行稳定状态下可以提供出一个恒定的设备磁通量；
14.转子的励磁控制更为经济。
在停机状态下可以将励磁降到最低点，而在重新启动之前可以自动增加励磁。
三、矢量变换的控制原理和流程块状图。
SIMOVERTD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的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；
逆变器触发角的限定决定电流值；
电流的限定值设定为可调值。
同步模块用以补偿变压器相位的切换。
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的追踪功能
为了进行快速维护工作，在循环变流器传动装置的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通道，可自由进行编程（如iact,uact,nref,nact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）功能包显示什么样的信号可以在操作面板上进行选择。
存储的数值会通过模拟输出被记录下来。
第四节SIMADYND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SimadynD硬件配置
第一节硬件配置简图
SimadynD的硬件组成单线简图如图-标准SimadynD硬件配置，图中示出主要功能模块和核心组件。
标准SimadynD硬件配置
第二节硬件配置简要说明
一、框架及其附件
标准SimadynD的框架为24槽，硬件为以下结构：
槽槽号
001
002
003
004
005
006
007
008
009
010
111
112
113
114
115
116
117
118
119
220
221
222
223
224
块名称
PPM6
IIT41
SSPARE
MMM4
PPM6
IIT42
IIT42
EEP22
IS1
SSPARE
SSPARE
SSPARE
CS7+SS52*2+SS4*1
SSPARE
PPM6
SSPARE
SSPARE
SSPARE
SSPARE
SSPARE
SSPARE
SSPARE
图中标准的SimadynD基本单元控制系统包括：
在基本单元上方有带风扇的电源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A300的信号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，且对控制系统的总体起着协调的作用。
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。
该模块所能允许的最短扫描周期是0.1ms，一般我们取0.5ms。
EP22板卡是SimadynD控制系统的核心运算部分，其设计是专门为矢量变换闭环控制所用。
由于其特殊的应用场合，EP22板卡的运算速度是普通CPU的4-20倍。
由于EP22在基本单元中是无源配套设备，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”的初始化，且要保证在运行中能够实时进行数据的输入输出。
需要注明的是，所有的EP22能够运行，必须要配套有一个接口板（即EP22上能够抽出的条状电路板），此接口板是在备件中没有的，要更换的话，必须将此接口板放入新的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，这两个名称相近的板卡有着不同的作用。
IT41板卡应用于开闭环控制中的，如速度闭环和位置控制。
除模拟量和二进制的输入输出外，IT41还留有编码器的输入供速度闭环使用。
IT42在SimadynD系统中用于连接PM6处理器执行一些基础的开闭换工作的，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个电压频率变频器的集成浮点模拟输入。
SimadynD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出现问题的机会相对较多，因此对其要做详细的解释。
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中门极触发电压的作用，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现该模块或与之相关模块故障导致事故停机的情况。
其中的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芯线互相连接的。
SA60.1带有一个扩展的低压信号设定范围，此功能由子模块SA20.1实现对线电压的控制。
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的放大从而每相将有别于其它相位。
其改变的增益必须通过8路的DIP开关S1和S2手动来设定，该设定要随着与之连接的额定输入电压变化而定。
其中
S1开关1-4：
同步电压UL1-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SimadynD性能调试
调试一般为新安装设备要投入使用需要做的调整或在运行中为了满足新的需求而进行的设备功能的完善或改进，在设备使用中，为了性能更加优良，在控制系统中做的变动也属于调试的范畴。
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的输出。
按照传动负荷，可以分为独立调试和带联轴器调试，独立调试是传动系统本身的调整，但最终目的是通过联轴器服务于轧机轧制的机械轧辊。
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、SimadynD调试和TDC调试。
对于此调试分类，硬件配置是专用的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的调试进行说明，我们在调试中一般看到的大多数是在SimadynD中进行调试，而看到TDC的调试较少。
其原因在于，TDC是一种新衍生出来的性能高于SimadynD的控制系统，但目前的SimadynD系统已经足够对整个传动系统进行控制。
众所周知，TDC在控制中起到的是外环的速度控制，而我们在第二章中已经提到SimadynD系统中其实已经含有了速度控制的PM6单元，也就是说，SimadynD系统可以起到SimadynD和TDC合到一起的作用。
现在鞍钢本部的1700生产线粗轧控制系统就是只用了SimadynD控制系统，减少了通讯的点数，同时故障点也减少了许多。
TDC的优势在于，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）的调整，能够简单方便的进行。
以下我们所提到的调试主要以SimadynD调整为例进行说明。
第二节调试工具及步骤
调试中需要的软件工具有
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
OmniDrive读卡器
对Flash卡进行程序下载
SS52-Loaderoder
COMET200（Vxx）
SS52和CP50M0
CP50M0只在有A09或A10的基础上
ProsaveoderProtool
下载程序OP17
只在有A09、A12或A10的基础上
调试中需要的硬件工具有
笔记本（带COM口和LPT1口）
OmniDrive
SimadynD的程序可以用Unix系统下的StrucG编程软件进行改写，而现在的标准程序已经很成熟，不再提供改写的余地，即在供货时无StrucG给最终使用者。
我们所提及的调试是将图形化的程序转作带有地址的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-DOS）环境下的IBS501如下图
有时也会用在windows界面下的IBS2.4来进行更改，如下图
第三节调试中需要注意的问题
在调试中需要注意以下几点：
1.线缆连接正常，单个CPU和CS7上的调试线有区分；
2.波特率和COM口的设定正确；
3.养成良好的习惯，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、显示和调试为一体的操作面板。
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的，鉴于当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的麻烦。
因此我们做了一个故障信息供运行协力查阅文件，文件中一个完整的信息是如下例格式：
:
N:
0497
497
:
T:
"BU412:
VECTORDEVIATIONTOOLARGE\n"
BU412：
矢量模型的矢量偏差太大
:
T:
"VECTORMODELACTUATED"
:
A:
P1Q1D+
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。
出现报警或跳闸时，确认前先看OP17面板上的显示，然后对比校验清单中“B”项和“C”的报警信息[T:
“”]双引号内的内容，（其中C项为面板中的第二行显示），确认相同后，则看后面的乙丙丁项，则可明确具体的故障汉语解释。
第二节常见故障诊断
一、故障代码简介
SimadynD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的前半部分的故障信息，主要针对外部故障，如整流变和励磁变的温度瓦斯监视、风机油泵电源、漏水检测，还有一些电机温度和外部接口。
其余的是主传动基本单元相关的故障报警。
对于前半部分的报警，由于其检测的主要是硬件的反馈，且在故障信息中基本上会有故障图号位置的说明，如“H02/07.2Leakagewaterinmotordetected”，我们可以在图纸的“H02/07.2”页找到故障源位置，并且可以根据其故障的走线位置（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的故障信息进行说明。
二、基本单元故障信息说明
基本单元故障信息以BU为开始，且关联的范围比较大，例如BU434SYNCHRONISINGVOLTAGEFAULTYSTATOR（定子同步电压故障），对于此故障我们应该首先打开详细的故障表，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，则可能是后两者的影响造成的同步电压故障，如果单独出现此报警，我们要从软件和硬件两方面进行分析：
软件中的计算-
同步电压的绝对值低于在工厂设计中的设定值，此绝对值是在A095模块输出的两个模拟量信号（USYN1,USYN2/DA10）计算而得，此两个模拟量信号的来源为我们上面提到的IBS中的地址【2FP-TR.UI-IN.Y4（USYN1）and2FP-TR.UI-IN.Y8（USYN2）】。
并且西门子在工厂设计中对这两个值的默认值和标度因子也做了明确的规定，我们首先确认这些数据是否正常，即可基本排除软件方面的故障（但也可能存在网络传输方面的错误）。
硬件的信号-
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A094的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_D的IS1板）→A300-D01（2、3）-X9（SE20.2）→三相功率单元。
），同时A094还带有可以调整的电位计，对电位计的调整不当，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的最大原因。
第三节故障诊断方法
根据现场处理故障的经验，我们对主传动的故障诊断，基于以下几点：
1.经验积累。
对出现过或听说过的故障进行现象总结，处理过程分析，并找出在故障处理过程中的优点和不足，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，也可能是一级与传动、高压与传动、传动TDC和传动SimadynD、Et200和传动TDC、SimadynD内部基本单元和功率单元之间的接口，我们在实际处理中，首先要判断出现问题的大致所在，并尽力使眼光向内看，对自己所负责的设备可能造成事故的原因进行逐一排查。
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的局限。
一般，。
到现在为止，SimadynD主传动控制系统仍然是一个相对难以理解，故障系统繁杂，内部核心理论高深的一个控制领域，到现在我们在处理不常见问题时也会耗费大量的时间，甚至最终也无法透彻的分析出事故的具体原因。
但困难就是为被克服而存在的，我们只要在理论和实际的学习中不断进步，就能够最大限度的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的可开动率，为设备保障部的荣誉增砖添瓦，贡献自己的全部力量！
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