西门子模块6ES7214-1HF40-0XB0
钢筋焊接网是十九世纪中叶欧洲首创的一种在工厂中利用**的微机编程控制技术、检测技术和气动技术，将普通低碳冷轧钢筋、冷轧带肋钢筋在纵横的交叉点处用电阻熔接法焊接而成的网状钢筋制品。经近百年的应用与发展, 钢筋焊接网在国外已被建筑界广泛采用。国内近五、六年已建成50余家焊网厂，并将冷轧带肋钢筋焊接网技术列入建筑业“十项新技术”。国内所用的固定多焊头焊网设备机体庞大、智能化程度不高、用电量高，不能直接应用于施工现场。可移动单焊头移动焊接关键技术的研究成果，填补了国内焊接领域该项技术的空白。
针对钢筋网焊接特点设计的工地用焊网设备采用类似打印机结构的单点焊接工艺方式，既解决了工地供电容量和场地的问题，又解决了生产大型网片的各项困难。整个系统采用PC技术形成两级控制，应用变频调速方式进行网距自由定位，使网距任意可调，既提高了网距精度，又提高了网距控制的灵活性。
1 可移动单焊头焊网设备系统组成[1][2]
可移动单焊头焊网设备由焊网机器人本体和控制柜组成。图1-1为焊网机器人基本组成图。
焊网机器人本体的机械结构主要是平行四边形结构形式。为了适应钢筋焊网的焊接要求，参照国外焊接机器人的结构特点将焊头通过连接法兰固定于机器人后一个轴的机械接口，使之能进行焊接。焊网机器人平行移动驱动采用交流变频技术。由于交流电机没有碳刷，动特性好，使机器人不仅事故率低，而且免维修时间大为增长，加（减）速度也快，定位准确，振动小。焊网机器人固着焊头的机械前臂用气缸驱动，可以上下移动。移动焊头和固定焊头闭合加压时，压力大小可以调节，在闭合时两电极是轻轻闭合，减少撞击变形和噪声。
图1-1焊网机器人组成结构图
Fig.1-1 The frame of welding Robot
采取电阻焊工艺进行钢筋焊网焊接时机器人末端固定焊头的机械前臂在点与点之间移位时速度要快捷，动作要平稳，定位要准确，以减少移位的时间、提高工作效率。针对钢筋焊网工艺特点设计的焊网机器人横向运动采用固定轨道，可以将电缆放入轨道槽中，避免电缆线随机器人运动而不停摆动，降低电缆的损坏率。
由于采用了一体化焊头，焊网机器人能够适应连续焊接时焊头短距离快速移位的要求，焊网机器人可在0.3s内完成50mm位移。
焊网机器人本体控制由PLC完成，其控制系统结构见图1-2:
图1-2焊网机器人控制系统结构图
Fig.1-2 The structure of control system for welding robot
2可移动单焊头关键技术解决方案[3]
焊网机器人要在移动的过程中实现定位焊接，对机器人固着焊头机械臂移动定位的控制是一个技术关键，焊网机器人电气控制系统配置图如图2-1所示。
图2-1焊网机器人移动电气控制系统配置图
Fig.2-1 The electric system scheme chart of moving control for welding robot
进行焊接前，首先将横筋与纵筋搭接在固定电极排上，然后启动变频器驱动三相笼型交流异步电机，电机经蜗轮减速机减速后拖动机器人移动链轨，当机器人手臂上的焊头（移动焊接电极）对准某一焊点（固定电极上横筋与纵筋交叉点）位置停稳后，机器人机械臂下压贴紧焊点，进行焊接。一个焊点焊接完了，机械臂抬起，链轨将焊网机器人送到下一个焊接位置停稳，开始第二个焊点的焊接，这样周而复始，连续作业直到整片钢筋网焊接完毕。
通常位置控制大多由计算机或PLC加模块构成。传动部分对精度要求不高的采用非调速的交流传动，对定位精度和响应速度要求高的设备则采用直流调速传动。随着电子功率器件技术的发展，变频器性能不断得到提高，而价格的迅速降低使变频调速技术得到了广泛的应用，在许多场所变频调速已经取代传统的直流调速。焊网机器人的这种移动定位控制便是由PLC和变频器完成。
首先依照焊网生产的规格要求从上位机配方数据库中下载焊接预期位置，即位置设定值。当PLC经运算后输出调节信号给变频器，变频器按照PLC输出指令控制电机的加速、运行、减速和制动停止，后使焊头停止在预期的设定位置上。
在每一周期的开始，传动装置先根据速度预设定进行速度预控制。同时，反馈回来的实际值与设定值进行比较计算，得出的偏差与比例增益相乘后叠加，得出传动装置应该具有的速度。经速度、电压转换和D/A转换后向移动系统发出控制信号。机器人先以设定的加速度匀加速度运动，直至达到设定速度，然后匀速运动一定的时间，再以设定的加速度匀减速运动，直到速度变为0。速度到0时，轴移动的距离正好是命令规定的两个焊点之间的脉冲差值。变频器输出变化曲线如图2-2所示。
图2-2 变频器输出变化曲线
Fig.2-2 The output curve of transducer
3 结语
采用单焊头移动焊接技术，缩小了焊网机的体积、降低了供电容量，可以在建筑施工现场使用。这样不但可以大大减少焊网的运输费用，还能适应建筑施工现场随时变动的各种焊网的需求，是建筑焊网机设备的创新。使用结果表明,该套系统结构简单、控制性能良好、成本低,能满足生产的要求,而且可将其运用于柔性制造系统,大大提高了设备利用率。该控制系统已投入运行，运行效果良好。已生产的钢筋网成品如图3-1所示。
济南钢铁股份有限公司中板厂（简称济钢中板厂）于2005年新上一套四辊粗轧机，电控系统采用西门子SIMADYN D全数字系统。但投产后存在以下问题：
（1）系统稳定性不佳。
（2）系统有时不能实现负荷平衡控制，出现上下辊电机电流相差很大的现象。
（3）下辊电机噪音大且周期性出现，特别是咬钢过程中噪音特别明显。
针对以上问题，通过对电机本体的震荡分析及PDA记录的电机轧钢过程中的电压综合波形的分析找到原因，使问题得到解决，从而消除了电机的震荡噪音，使系统稳定运行。
2 系统简介
四辊主传动电动机为交交变频变流装置供电的交流同步机，控制装置采用SIEMENS公司SIMADYN D全数字矢量控制系统。
2．1交交变频主电路方案
2．1．1供电系统
电动机的主整流变压器一次侧为35KV供电，励磁变压器一次侧为6KV供电。
定子主回路由1台35KV高压开关对一台电机单独供电，同时，向上/下辊电机供电的主整流变压器接法互相错开，以减少供电高次谐波。
励磁回路由一台副边双分裂变压器为两台电机供电。
供电系统单线图如图所示：
电机的低压控制回路由35KV经一台25KVA的同步变压器供电。
2．1．2主回路系统结构概况
交交变频器由三台电网自然换流无环流可逆的三相桥式变流器组成，对应同步电机定子A，B，C三相，每相连接成三相桥式电路。三相交交变频器采用逻辑无环流、三相有中点方式，由副边三分裂整流变压器供电，每台电机整流变压器接法互相错开，以减少供电高次谐波。输出端采用星点联接，电机定子绕组为三相星接，电机星点和变频器星点独立。主回路系统结构原理图如图所示： 
这种方案的优点是:可以采用交流偏置技术,使整流变压器二次电压降低、可控硅电压安全系数提高、变频器容量降低、电机内无三次谐波。
2．2 SIMADYN D硬件配置说明
在济钢中板厂四辊粗轧机主传动系统中，上/下辊每台同步电机都配有一套SIMADYN D控制系统，以完成各自的电机控制、保护和故障诊断等任务。
SIMADYN D控制系统硬件由双高度欧洲标准尺寸的高抗干扰和容错性的插入式线路板组成，模板按功能分为通用处理器板、特殊任务处理器板、存储器板、数字输入/输出板、模拟输入/输出板，根据不同的任务需要可任意配置。
外部开关信号通过输入/输出模块连接，这些标准接口模块提供电气隔离、信号的匹配和变换，用于操作监视和服务的外围装置通过总线或串行接口联接起来。
同时，SIMADYN D还提供多种通讯手段与其他设备、系统进行数据传输，包括控制装置与上位机间的通讯；控制装置之间的通讯以及与下位机间的数据传输等等。
SIMADYN D 系统硬件配置见附图。
2．3 SIMADYN D控制系统软件说明
本项目中SIMADYN D的四块处理器模板共同作用实现交交变频同步电机矢量变换运算。系统接收光电码盘反馈回的速度及位置信号，在PM6模板内完成速度控制及工艺运算，在另一块PM6模板内完成矢量变换控制运算，然后形成定子三相电流的设定值及转子激磁设定值，输入给EP22及PM6+ITDC模板，由EP22进行三相电流调节运算，由PM6+ITDC模板完成转子激磁电流调节运算。并输出晶闸管功率柜的触发脉冲，通过晶闸管功率柜控制同步电机。
3 济钢电机四辊轧机下辊电机震荡问题分析解决说明
3．1现象：
济钢中板厂四辊轧机投产稳定运行后，出现系统稳定性差，上下辊电机电流差别大，下辊电机过钢时出现电机震动声音较大。
3．2分析：
电机震荡可能由电机内部机械问题引起，或者是电机电磁噪声，由其输入电流电压引起。所以，首先要确定电机震荡是由机械问题还是电磁问题引起。
首先对电机本体的震荡噪音测得波形如下：
得出在不同转速下测定电机噪声频率，基本得出下辊电机噪声频率为50Hz。
用PDA记录轧钢时上下两辊电机综合电压波形如下：
通过以上两种软件测的波形分析得出，下辊电机电压波形有震荡，且周期约为0.02s（X2-X1），即周期为50Hz，所以初步确定电机震动为下辊电机电源电压引起。
3．3为确定是否是电源电压引起的电机震荡，进行如下测量与分析：
（1）用示波器直接从ABC三相SE20.2接口板测量下辊电机电压实际值反馈波形，确定上图电压震荡由B相电压反馈震荡引起，其他A,C两相波形正常。
（2）用示波器经1：10变压器直接测量各个可控硅两端电压波形（在零电流的L1,L2,L3,L+,L-端两两组合测量可得到所有12个可控硅两端电压波形）。从波形上看，发现下辊B相L+和L2两端电压异常，即：正组第三个管子（V13）或反组第六个管子（V26）没有导通。
（3） 经过更换可控硅排除可控硅损坏情况。
（4） 断电，开放脉冲，检查触发脉冲是否加到可控硅上。逐个元件检查发现V26管子脉冲放大单元处没有触发脉冲，仔细追查终确定下辊B相功率轨脉冲分配板X1哈丁插口V26对应插针松动，触发脉冲没有到达V26的脉冲放大单元。所以V26不能出发，从而出现每隔一个电源周期（50Hz,0.02S）都会出现一个桥臂不导通的情况，从而给B相电压波形带来周期性脉动。
（5） 把从SD过来的脉冲触发电缆哈丁插头更换到该脉冲分配板备用口X2上后，重新测量各个硅的触发脉冲，均存在。重新上电后转车，测量B相及综合电压波形。发现一切正常，上下辊一致。电机噪声消除。问题得以解决。
（6） 正常电压波形如下所示：
4结束语
经过对电控系统程序的优化及对各个接口处理后，电机的震荡噪音得以消除，并且提高了系统的稳定性，实现了负荷平衡控制功能。使轧机稳定运行，迅速达产达效。
通过对济钢中板厂四辊粗轧机下辊电机的震荡噪音的分析及处理方法，使我们对大功率交流电机出现震荡时有了初步的处理经验，对以后处理类似情况具有重要意义