根据攀成钢180A-R轧机系统的穿孔机和轧机高低轴轧辊主传动整流变压器、电机参数及相关技术工艺要求，我们编制了相应的控制方案及西门子直流调速装置调试方法。
1、 概述
       攀成钢180A-R轧机系统属于搬迁改造项目，电气控制设备部分利旧；因此，其控制方案就围绕工艺要求和原有设备进行优化设计。
1.1、 轧管机整流变压器（利旧）：上、下辊整流变压器各1台，4500KVA 10/0.75KV Δ/Y-11，Uk≥7%；1台变压器给2台电机供电。
1.2、 轧管机直流电机（利旧）：上、下辊电机各2台，1306KW/ DC750V/1840A/450-750rpm；励磁：220V/84A。两台电机机械同轴硬连接驱动轧辊，电枢单独供电，弱磁升速。
1.3、 西门子小驱大混装模块：采用北京景新经过软件处理的控制模块。

2、 直流传动装置选型
2.1、主轧机负荷曲线
 

2.2、采用西门子小驱大混装模块对应选型

序号 名称 规格型号 数量 技术数据
1 轧管机 NDM100-4000-8VS 4 4000A /750V

3、控制方案说明
3.1、轧管机主传动进线断路器
       若有进线断路器，对于传动装置控制和操作更安全、方便；若没有进线断路器，则需在传动装置进线侧加装阻容吸收装置，以防止高压侧的操作过电压。
3.2、轧管机主传动进线电抗器
       由于整流变压器副边为六脉波，为了减少变流器换相重叠角产生的压降，以及对电网少产生谐波，因此采用进线电抗器。
3.3、直流传动装置控制
3.3.1、西门子小驱大混装技术装置供电
      国内小驱大装置容量（NDM100-4000-8VS  4000A，750V）能够满足主轧机电机控制要求。这样，每台电机就只须用一台直流传动装置进行控制，不需要装置进线端加铁芯均流互感器，其控制技术指标完全达到西门子直流传动装置的技术要求（因为其控制软件是经过处理的），同时节约设备投资成本。而且其两台电机同轴硬连接的主从控制方式更便于调试，上下辊之间的负荷均衡也更好调试。
3.3.2、两台电机的装置主从控制：
       采用装置的USS协议进行通讯控制（X172：56、57、58、59）；轧管机的上、下轧辊各2台电机的两套装置采用主从控制，而两台电机同轴硬连接，那么，脉冲编码器的速度反馈就接在主电机的主装置内，作为整个两台电机主从控制的速度反馈，其控制原理见图示
 

3.4、轧机上下辊电机负荷均衡
      轧管机上辊和下辊在传动装置中采用速度控制和窗口控制。速度控制保证速度同步以保证工艺要求和生产出合格产品，窗口控制是在确保速度同步的前提下把负荷控制在一定水平而达到负荷平衡。其实现方式有两种，一种为电流差超过设定范围后通过微调速度给定值使电流恢复到设定范围，一种为将电流差平均后作为电流的附加给定值使电流恢复到设定范围。
       上下辊电机负荷均衡控制有两种实现方式：一种是通过开放6RA70传动装置的S00代码在模块中完成；一种是在PLC通过读取装置电流并经过逻辑运算后再通过装置进行调节的。其控制原理图如下
 

     上辊电流与下辊电流的差值经过运算放大，由一个差值比较器来控制上下辊电机的速度附加给定，速度附加给定有两种方式：一种是以下辊速度为基准，只调节上辊的速度附加给定；另一种是对上下辊的速度进行正负附加给定调节；这两种调节方式可以根据工艺要求具体情况确定一种控制方式。
3.5、控制系统组成
主电路由交流阻熔吸收、传动装置、平波电抗器（利旧）、直流快开组成。
交流进线侧装有阻熔吸收电路，用于吸收变压器合闸对传动装置的冲击。
直流侧安装直流快开DS14，用于完成直流侧的保护。
       轧管机上、下辊传动装置为混装形式，其数字控制系统为SIEMENS公司的6RA70系列数字控制系统，功率控制系统采用晶闸管元件组成三相全控桥反并联整流系统。采用北京景新制造的西门子控制的混装模块。
装置以成套柜的形式供货，每套装置中安装：
 S7-200PLC：用于完成开机逻辑。
 用于Profibus-DP通讯的CBP2通讯板；下传数据：控制字和速度给定值；上传数据：状态字、故障字和各种运行数据。
 三相励磁主电路包括进线断路器、接触器、熔断器、励磁变压器、直流全数字装置。
 测量和显示仪表包括：电枢电流、电枢电压、励磁电流、励磁电压；控制电路中包括：内、外控功能（内控完成调试与检修，外控完成基础自动化控制），配置温度巡检仪用于监测电机的测温元件，配置给电机风机电源和控制，配置给电机防凝露加热器的电源和控制。
 传动装置带有标准的脉冲编码器接口。
 传动装置带有急停接口。急停功能分为本地急停和系统急停。本地急停用于调试和巡检；系统急停一般来自现场，由基础自动化供应商确定。急停信号通过硬线连接。
 传动装置带有基本操作单元和调试工具的接口，它可以完成运行要求的所有参数的设定、调整及实测值的显示。参数设定也可以由计算机通过数据通讯来完成。装置的高效能处理器承担电枢回路的调节功能、励磁回路的调节功能、参数优化、监控与诊断、保护及通讯功能。装置具有优良的动、静态性能，调试简单，维护容易。每台直流装置均开放S00代码，用于完成速度同步和负荷平衡。

4、西门子全数字直流装置调试步骤
4.1.一般控制参数的设定
       按照电路图，将模块外部急停和抱闸等外部控制先满足条件，给模块上控制电，如无问题就恢复工厂值，按照西门子直流调速装置说明书的启动步骤进行系统参数设定（此时电机应为空载）：
 恢复工厂值
 设置脉冲编码器
 选择控制方式
 输入输出设定
 给定选择
 保护参数设置
4.2.优化运行
验证码盘的正确性
进行优化设置 ：P83=2 将速度反馈改为编码器，改完后让电机运行一下确保没有其他故障。
进行电流环自优化的验证
P51=25 电流环优化，优化修改电枢与励磁电流环基本参数，可以多做几回观察是否参数相同。
电流环优化改变以下几个参数：P110电枢电阻、P111电枢电感、P112励磁电阻、P155电枢调节器P增益，P156电枢调节器I积分、P255励磁调节器P增益、P256励磁调节器I积分、P826自然换向时间。
电流环响应曲线：
 

     上图为电流环自由化过后手动阶跃的实验图，绿色为设定，红色为实际值。可以看出电流的响应比较快而且没有超调。
对速度环进行优化并验证
       P51=26 速度环优化，主要修改速度环PI值：P225速度环增益、P226速度环积分时间、P228速度给定的滤波时间。
速度环响应曲线
 

如上图黄色为速度实际值、红色为电流实际值、蓝色速度设定值。此特性即为无超调。
 

上图红色为电机速度实际值，蓝色为设定值；可以看出速度超调比较大，但响应比较快。
速度环的特性，根据现场电机特性要求调节PI参数让电机达到控制要求。
弱磁优化
P51=27，主要绘制模块弱磁曲线：P81=1 将模块改为有弱磁。弱磁优化完成后对弱磁进行验证需要做以下几点：