1 导言
跟着资料技能、电力电子技能、操控理论技能、核算机技能、微电子技能的快速开展以及电机制作工艺水平的逐步进步，沟通伺服技能-沟通伺服电机和沟通伺服操控体系已经成为工业范畴完结主动化的根底技能之一，并将逐步替代直流伺服体系。现在，沟通伺服体系的智能化、网络化操控是沟通伺服操控的两个重要开展方向。
在济钢asp1700薄板坯连铸连轧项目中，连铸机结晶器调宽体系选用了依据Profibus总线的全数字智能化沟通伺服操控体系，是当今世界最先进伺服操控技能。
2 连铸机结晶器调宽工艺
济钢第三炼钢厂asp1700薄板坯连铸连轧结晶器选用直结晶器，由两个宽面和两个窄面构成，长1200mm，内腔厚度最宽150mm，调宽规模:100mm～150mm。其间窄面是能够活动的，以便在连铸机预备和浇注期间调理结晶器的宽度和锥度(图1)。结晶器选用一组拉杆夹紧两个宽面和两个窄面，拉杆经过绷簧组坚持夹紧力，拉杆上的液压缸能够在调宽进程中紧缩绷簧，以使窄面能简略移动，快速翻开宽面。液压缸压力可接连调理，随板坯的宽度改动来调理夹紧力，完结软夹紧。因为该压力不是夹紧宽面，因此在液压压力失效时，绷簧能够坚持夹紧力而不会有风险。
图1 结晶器窄面机械结构
结晶器调宽体系包含:4套丝杠组织，每个窄面2套;4套带有旋转变压器的沟通异步伺服电动机，固定在浇注平台下的冷却室外;4个万向轴、4套沟通伺服操控单元。结晶器调宽窄面操控机械结构，如图1所示。每一个窄面运用伺服单元操控调宽电机驱动，能够改动两头宽度和每个面的锥度。因为调宽时出产的板坯窄面不是直的，这意味着在调宽期间窄面铜板与坯壳之间的气隙的发生，防止漏钢，在调整宽度的一起有必要调整锥度。为了减小凝结坯壳的应力，窄面的调整应缓慢进行。为确保坯壳与铜板严密触摸，结晶器锥度随宽度的减小而减小，随宽度添加而加大。操控体系依据钢种、浇注速度、要求的锥度和板坯定尺，在浇注期间为各边的运动挑选不同的算法。
3 结晶器调宽操控体系
结晶器调宽操控体系选用西门子s7-400PLC，伺服单元选用西门子masterdrives mc全数字运动操控器，具有过载才能大，调速规模宽等特色，设有tp270人机界面，可设定和毛病监督功用。每个伺服电机自有一套伺服单元，选用方位环、速度环、电流环三环操控，是一种高动态呼应、高精度的运动操控方法。传动体系经profibus总线和plc及tp270相连。伺服电机选用伦兹(mdskars090-22)三相沟通异步伺服电动机，功率2.6kw，额外速度2300rpm。出产工依据出产钢种结晶器宽度、锥度设定值输入到人机界面上，经profibus总线传输给调宽 plc，plc运算后，给各个伺服单元宣布方位操控信号，伺服单元将伺服电机旋转变压器信号换算出的实践方位信号和实践速度信号别离作为方位环反应信号和速度环反应信号完结三环操控，而使体系快速滑润地跟从方位设定值，确保结晶器上下口电机的稳定速度差，完结窄面铜板的精确定位。整个操控体系是以伺服电机电流环、电机速度为内环，窄面铜板方位为外环的三环操控结构，体系精度高，速度呼应快，运转平稳牢靠，定位精确，调宽操控体系结构见图2所示。
图2 结晶器调宽主动操控体系
4 关于profibus现场总线
4.1 现场总线的界说及特色
现场总线，依照世界电工委员会iec/sc65c的界说，是指装置在制作或进程区域的现场设备之间、以及现场设备与操控室内的主动操控设备之间的数字式、串行和多点通讯的数据总线。以现场总线为根底而开展起来的全数字操控体系称作fcs。
现场总线作为衔接操控体系中现场级设备和操控设备的双向数字通讯网络，与传统的DCS体系比较其长处是显着的:增强了现场信息的集成才能;抗干扰才能添加、体系牢靠性进步;装置快捷、可维护性好;具有敞开性、互操作性、互换性、可集成性;降低了工程本钱;具有ip67防护等级，可现场装置;能主动确诊毛病部位。
4.2 profibus总线的特色
profibus是一种世界化、敞开式、不依赖于设备出产商的现场总线规范。广泛适用于制作业主动化.流程工业主动化和楼宇、交通电力等其他范畴主动化。中央处理器(如plc/pc)经过高速串行总线同涣散的现场设备(如i/o、变频器、阀门)进行通讯，大都数据交换选用周期方法。 profibus-dp是用于现场设备级的高速数据传输，通讯介质选用屏蔽的双绞铜线电缆，共用一根导线对，通讯速率可选用 9.6kbps～12mbps，通讯间隔可达12km。profibus总线的通讯才能强，与变频器的通讯最多可有10个字的通讯才能。
4.3 profibus-dp的数据通讯格局
profibus-dp总线方法答应在plc和传动设备(变频器、运动操控器)之间进行快速的数据交换。对传动设备的存取总是依照主——从方法进行的，传动设备总是从站，且每个从站自身都有清晰的地址。profibus周期性传输的报文结构如图3所示。
图3 profibus-dp报文结构
4.4 profibus-dp的可用数据
关于传动设备可用数据区被划分红2个数据区，它们以各自的报文进行数据传送:
(1) 进程数据区(pzd)
操控字和设定值或状态字和实践值;
(2) 参数区(pkw)
用于读写参数，读出毛病信息等。pkw和pzd共有五种结构方法即:ppo1、ppo2、ppo3、ppo4、ppo5，其传输的字节长度及结构方法各不相同。依据主动化网络中传动设备的使命不同，在plc和变频器通讯方法装备时要对ppo进行挑选。在结晶器调宽沟通伺服操控体系中选用了 ppo5型通讯报文，它的报文结构如图4所示。图4中符号的含义如下:
pkw:参数标识符;
pzd:进程数据;
pke:参数标识符;
ind:索引;
pwe:参数值;
stw:操控字;
zsw:状态字;
hsw:主设定值;
hiw:主实践值。
图4 ppo的报文结构
5 依据profibus的沟通伺服操控体系硬件组成
5.1 plc体系
结晶器调宽plc体系作为连铸机l1体系的一个子体系，其体系规划本着牢靠、先进、敞开的准则，归纳考虑体系的功用价格比，依据工艺计划和机械设备条件，体系结构尽可能一致，一起应与其它l1级子体系坚持一致。连铸l1级plc体系选用的是siemens s7-400系列plc。依据调宽工艺功用要求，plc体系cpu 挑选s7-414-3，经过cp443通讯模块与l1级工业以太网通讯，也能够经过profibus-dp接口与mc运动操控器和tp270通讯。
5.2 人机界面
依据工艺特色及现场环境，结晶器调宽人机界面挑选tp270操作面板。tp270归于simatic hmi(人机界面)产品系列中文本图形触形式操作面板，在功用上有以下特色:
(1) 简略快速装备，装备数据是能够康复的;
(2) 可用规范windows东西进行装备;
(3) 运用软键、功用键或触模操控，简化了操作，也保证了操作的安全性，易于运用;
(4) 和西门子plc完美结合，使整个体系在硬件和软件均达最优化，尤其是通讯支撑profibus-dp总线协议。
5.3 mc操控器
结晶器调宽伺服操控器选用的是西门子公司masterdrives mc运动操控器，该操控器是应用于高动态呼应循环机械操控的操控器，是彻底智能化的操控体系。mc操控器有以下特色:
(1) 高动态呼应，高过载才能
mc驱动器运用了32位dsp数字操控技能，dsp器材内部具有功用强壮的硬件核算电路和特别的总线结构，具有强壮的数字信号处理功用;mc运动操控驱动器一起具有极高的过载因数，250ms内300%的过载才能。
(2) 通用性强
它能够操控任何类型的电机，具有的模块化、刺进式可选编码器功用模板能够完结一切的驱动使命，有支撑脉冲编码器(ttl/htl)的sbp 板，支撑旋转变压器的sbr2板，支撑多圈编码器(eqn，eqi, endat/ssi或sin/cos)编码器的sbm2板，都能够十分简略地与体系相衔接。
(3) 强壮的通讯才能
mc运动操控驱动器具有支撑各种现场总线的可选模板，这些接口模板的设置，显著地增强了伺服单元与其它操控设备间的互联才能。mc运动操控驱动器的各种通讯模板中有支撑profibus总线的cbp2板，profibus-dp是当今世界上最为成功和盛行的现场总线规范，在 profibus cbp2功用模板上完结同级模块之间彼此通讯，尤其在西门子产品体系集成中，更显现其长处。
6 沟通伺服操控体系硬件装备
在沟通伺服操控体系中，plc硬件组态、编程运用step7 v5.3，step 7是用于simatic可编程逻辑操控器组态和编程的规范软件包;体系操作界面tp270运用protool进行组态及编程，protool是用于可视化进程的运用简略、高功用的可视化软件，可在 windows95/98,2000下运转。
6.1 组态plc主站体系
(1) 在plc项目ccm2下新建项目plc-3(nwa-ccm1)，点击右键，在弹出的菜单中挑选“insert new object”下“simatic 400 station”，刺进s7-400站;
