红钢线材精轧机LCI柜升级为GL150控制改造

红钢线材精轧机LCI柜升级为GL150控制改造
摘要：随着红钢轧钢线材钢材产量的不断扩大，线材精轧机LCI柜控制系统的设
备稳定至关重要，现有精轧机LCI柜设备故障率大，备件停产，维护困难，多次
邀请西门子传动专家来处理设备事故，停产次数不断上升，对生产造成严重后果，因此对精轧机LCI柜进行改造，改造后实现控制系统简单、维护方便、设备稳定、备件充足、设备故障率低等特点。

关键词：精轧机LCI柜；控制器；控制单元；中压变频；模块；GE PACS RX7i
系统
1、概述
红钢轧钢厂线材精轧机采用5500KW交-直-交调速同步主电机，其精轧机LCI
柜控制系统为西门子SIMOVERT S中压控制器。

控制核心是SIMOVERT S，其特点
是电路板加继电器控制模式，控制系统固化、功能单一。

目前SIMOVERT S控制
系统已落后淘汰，相关的备件已停产，市场无备件供应，所使用的设备元件老化
严重，故障率增大，维护成本急剧上升。

而GL150中压变频系统采用负载换相式
变流器技术，参数模块控制模式，主回路采用12脉冲功率单元控制，辅助回路
采用集成模块控制，主要功能由有源整流单元、逆变单元、电容组单元、终端单元、水冷单元、电压控制单元等组成，功能完善，降低了所用器件的数目，市场
备件充足且维护成本少，运行极为可靠。

2、设备分析
高线生产线如要持续正常生产，精轧机作为成品机组，电控系统的稳定性至
关重要，直接影响整个公司效益，而现有控制系统又存在如下问题：
1）设备故障
轧钢厂线材生产线还存在精轧机莫名其妙跳停，查找不到原因；轧钢过程中
会自动掉速，轧机停止转动，面板OP17无任何故障代码显示，励磁传动装置显
示O1.2（等待合闸使能）。

2）设备备件
精轧机SIMOVERT S控制系统采用电路板加继电器控制模式，许多西门子电路板如IMPAG4板、SE48.1板、PM6（+IT41）板、A100机箱、A100电源、PG16板
等已停止生产，市面上越来越难买到，且备件价格高昂，现在使用的系统中若发
生部件老化、损坏等情况而没有备件更换，将导致高线停产。

3）设备维护
精轧机LCI柜控制系统是西门子S7-300和电路板控制，双通道传动部分是电
路板控制，该控制系统老化、已淘汰，维护难度逐渐增加，出现故障时很难查找，专业技术维护人员也越来越少，维护成本将急剧上升，多次向公司申请技术外援
来解决设备事故。

基于此，高线精轧机控制系统改造迫在眉睫。

3、升级GL150中压变频系统改造方案
3.1 GL150中压变频系统控制部分
图1
GL150中压变频系统由CU320控制器及扩展单元构成，实现对精轧机主电机
速度调整功能可见图1。

GL150中压传动的核心部分为CU320控制器，它是驱动
系统的大脑，负责控制和协调整个驱动系统中的所有模块，完成电流环、速度环、甚至位置环的控制，并且同一块CU320 控制的各功能块之间能相互交换数据。

CU320控制器的两个以太网端口分别接到两个12脉冲功率单元，两个12脉冲功
率单元的控制线分别接到24个触发板，每块触发板分别接到相对应的可控硅，
且与电容相连形成回路控制可控硅，两个全控桥的进线接入3KV，出线接到现场
主电机，通过CU320控制器实现有源整流和逆变。

CU320控制器第三个以太网端
口连接到扩展单元模块，扩展单元模块之间分别用以太网相互连接（SMC20编码
器模块、TM15输入输出模块、TM31模块、VSM电压检测模块），通过CU320
控制器完成电流环、速度环、电压检测等功能。

3.2 西门子GL150中压变频系统与GE PACS RX7i控制系统的通讯功能
3.2.1 西门子GL150中压变频系统通讯控制
西门子GL150中压变频系统内部Profibus通讯连接过程为：CU320控制器与
西门子S7-300连接时，CU320控制器的Profibus端口通过Profibus电缆连接到西
门子S7-300通讯模块，在S7-300控制系统的硬件组态中添加CU320内存卡
（V4.5版本）所对应的GSD文件，其硬件组态Profibus总线目录下插入CU320控制器，选择相对应的通信协议，实现S7-300与CU320的通讯。

3.2.2 西门子GL150中压变频系统与外部GE PACS RX7i通讯控制
GL150中压变频系统与GE PACS RX7i控制系统之间的通讯不能直接连接，需
要借助第三方软件和1个GSD文件，该软件为超级终端，运用该软件修改STT通
讯卡的通讯协议，具体步骤如下：
GL150中压变频系统内的CU320控制器与GE PACS RX7i控制系统通讯连接时，CU320控制器的Profibus端口通过Profibus电缆连接到GE PACS RX7i 控制系统的SST通讯模块，通过电脑建立超级终端，在SST通讯模块通电状态下，超级终端
自动检测外部设备，手动设置速率为115200，SST通讯模块断电，过几秒后上电，SST卡黄灯亮时可以写程序（按下回车），导入GSD文件，配置完通讯协议后，
选择所对应的状态字和控制字，断送电，通讯正常，实现CU320控制器与GE PACS RX7i控制系统的通讯，之后在GE PACS RX7i控制系统内编写精轧机主电机的控制和反馈程序，从而实现了两个系统之间的远程通信控制可见图2：图2
4、具体实施方式
（1）拆除原西门子SIMOVERT S中压控制系统；
（2）焊接制作8000mm×800mm电气柜支架；
（3）将西门子GL150中压变频系统控制柜焊接固定在支架上；
（4）将西门子SIMOVERT S中压控制系统主回路和控制回路电缆接到西门子GL150中压变频系统控制柜；
（5）分别用Start软件、Step7软件、Proficy Machine Edition软件对GL150中压变频系统和GE PACS RX7i系统之间的控制字和状态字进行调试；
（6）送电试车，GL150中压变频系统调试运行正常。

5、改造后效果
经过升级改造后的控制系统，在运行稳定性，备件通用性，维护难度等方面
都优于现有控制系统，具体对比如表所示。

6、结语
电路板和继电器控制模式改为参数模块控制模式，设计简单明了，采用晶闸
管控制，单机传动，该系统可作电机软启动装置，也可作为连续运行的变频器，
柜子电气模块数目少，备件成本低，达到预期的效果，从而设备稳定且故障率低，生产产量提高,为公司创造可观的效益。

参考文献
[1]宁险峰、王旭.交流中压变频器GL150功率部分和传动部分（翻译）.2007.
[2]阳胜峰．S7-300/400PLC技术视频学习教程 [M]．北京: 机械工业出版社，2011.4.
[3]许晓峰.电机及拖动[M].北京：高等教育出版社，2007.。