精軋機(jī)LCI裝置自動化系統(tǒng)升級改造

李慧

引言

宣鋼三高線精軋機(jī)主電機(jī)作為高線生產(chǎn)線的絕對核心設(shè)備，由于原設(shè)計中上位機(jī)可記錄的數(shù)據(jù)不夠完善，所以不利于及時發(fā)現(xiàn)和解決故障問題，鑒于此原因?qū)垯C(jī)的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)完善和升級改造。

一、精軋機(jī)的工藝設(shè)備及技術(shù)參數(shù)

1、工藝設(shè)備

宣鋼高強(qiáng)度棒線材生產(chǎn)線（三高線）精軋機(jī)組布置于3號飛剪之后，水冷裝置之前，為軋制生產(chǎn)工藝的第19#～28#機(jī)架，采用國產(chǎn)頂交45°軋機(jī)，該軋機(jī)借鑒了摩根五代軋機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，最高設(shè)計速度為115m/s，保證速度90m/s。其作用是通過機(jī)組10機(jī)架連續(xù)微張力軋制，將上游軋機(jī)輸送的φ17～22mm的軋件，軋制成φ5.5～16mm的成品線材。

2、技術(shù)參數(shù)

精軋機(jī)組采用同步電動機(jī)驅(qū)動，為上海電機(jī)廠生產(chǎn)出品，型號為TDZGS5500-4，功率5500KW，額定轉(zhuǎn)速1500φr/min。電氣傳動部分采用西門子公司Load-commutated Inverter逆變器裝置進(jìn)行控制，具體名稱為負(fù)載換流逆變器，簡稱LCI。對于經(jīng)常在高速運(yùn)行的精軋機(jī)組機(jī)械設(shè)備，在LCI裝置驅(qū)動同步電機(jī)的控制中，該裝置提供逆變器晶閘管關(guān)斷的超前電流，在起動和低速時，一般采取斷續(xù)換流的辦法，換相方式采用負(fù)載反電動勢換相，具備適用于高轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)和10：1無級調(diào)速范圍的優(yōu)點，是高線生產(chǎn)線常用的電氣控制裝置。

3、自動控制系統(tǒng)

精軋機(jī)傳動柜通過DP網(wǎng)與PLC實現(xiàn)通訊，上位機(jī)與PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)（Erhernet）進(jìn)行通訊，以太網(wǎng)是總線型局域網(wǎng)，傳輸介質(zhì)為同軸電纜，速率為10mbps。S7-400主站通過CP443-1模板與上位機(jī)CP1413通訊板構(gòu)成的Erhernet網(wǎng)絡(luò)。CP443-1有自己的微處理器，能獨立處理經(jīng)過以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，模板自身的處理器層1到層4符合國際標(biāo)準(zhǔn)，可進(jìn)TCP/IP等多重傳輸協(xié)議的操作。PLC上的Erhernet網(wǎng)絡(luò)屬性通過STEP7軟件配置。CP1413是一種ISA卡件，多協(xié)議結(jié)構(gòu)，能同時運(yùn)行兩個協(xié)議，并直接在CP上處理協(xié)議，因此能實現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)吞吐量。上位機(jī)上的CP1413網(wǎng)絡(luò)配置能過SIMATIC NET軟件配置。

可編程序控制器SIMATIC S7 400采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊式結(jié)構(gòu)，電源、CPU、各種I/O模板都插在一塊中央基板上，并可以根據(jù)不同的I/O點數(shù)增加擴(kuò)展模板，輸入、輸出模板和存儲器的精細(xì)分級，使得這種裝置具有較強(qiáng)的配置適應(yīng)能力；通過通訊處理器和以太網(wǎng)，可以方便地實現(xiàn)PLC之間及與計算機(jī)的通訊。

二、自動化系統(tǒng)的升級改造

精軋機(jī)在運(yùn)行過程中多次出現(xiàn)故障，由于技術(shù)數(shù)據(jù)和自動控制系統(tǒng)的不完善，很多重要的參數(shù)都沒有引入到系統(tǒng)中，導(dǎo)致故障無法分析判斷，成為該系統(tǒng)的需要完善和修改的地方。

針對LCI運(yùn)行故障的分析進(jìn)程，如能實現(xiàn)對兩系統(tǒng)工作電流的實時監(jiān)控和趨勢記錄，真正捕捉到在故障發(fā)生的時間點上兩系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對后續(xù)確定故障點和排除問題至關(guān)重要。故而必須讀取到兩系統(tǒng)的電流值，并將電流模擬量數(shù)據(jù)引入軋線自動化PLC系統(tǒng)，通過進(jìn)一步編程運(yùn)算，實現(xiàn)在主軋線自動化WINCC監(jiān)控畫面上顯示實時數(shù)據(jù)，并通過WINCC軟件的趨勢歸檔功能，對數(shù)據(jù)進(jìn)行全程的趨勢記錄，確保為后續(xù)故障排除提供可靠的電流數(shù)據(jù)依據(jù)。

通過對三高線自動化系統(tǒng)的調(diào)研和可行性分析，確定利用與LCI裝置同樣位于三號電氣室內(nèi)的PLC3系統(tǒng)實現(xiàn)此項改造。

具體的工作為：將PLC3系統(tǒng)中第七插槽的AI模板進(jìn)行重新配置，模板型號為6ES7 431-1KF10-0AB0，可以配置八通道模擬量，原設(shè)計中，第六和第七通道為備用通道，配置模擬量采集信號為4—20MA電流信號。由于需要采集的精軋機(jī)兩系統(tǒng)電流信號為電壓型，所以對兩個通道進(jìn)行重新配置和軟件更新，修改為+-10V測量方式。配置完成后，將電流從LCI系統(tǒng)中引出，合理走線路由，將電流信號成功引入PLC3。在PLC3項目中編程運(yùn)算，實現(xiàn)了兩系統(tǒng)電流值的讀取。為了便于事故分析，進(jìn)行了WINCC軟件趨勢歸檔記錄，并將其同精軋機(jī)速度給定、實際運(yùn)行速度、電機(jī)電流等參數(shù)放置于WINCC同一趨勢記錄畫面中。此項改造完成之后，可以監(jiān)控到精軋機(jī)在啟車后運(yùn)行軋制中，兩系統(tǒng)的電流基本相等。精軋機(jī)再次出現(xiàn)了同樣的非正常速降事故，通過查看曲線記錄，清晰完整的確定了事故故障點，精軋機(jī)在正常軋鋼拋鋼時，系統(tǒng)2電流幾乎為零，系統(tǒng)1正常，所以當(dāng)下根鋼咬鋼時，只剩下系統(tǒng)1正常工作（系統(tǒng)1電流等于總電流，為752A），無法承擔(dān)軋制負(fù)荷，造成降速堆鋼。

此項改造的實施完成，實現(xiàn)了既定的改造目的，達(dá)到了預(yù)期的良好效果，確定了故障點，為后續(xù)故障的全面排除提供了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)，為后續(xù)處理的方向打下了基礎(chǔ)。

該項技術(shù)改造為宣鋼三條高速線材生產(chǎn)線精軋機(jī)LCI裝置的首創(chuàng)，在西門子LCI裝置軟件程序保護(hù)的客觀前提下，創(chuàng)新思維，將只能依靠于硬件儀器短時測量的電流值，依托軋線PLC控制系統(tǒng)模擬量輸入模板的信號采集功能，通過自動化模板的配置和軟件程序的編程計算，可靠準(zhǔn)確的持續(xù)讀取兩系統(tǒng)實時電流值，并通過趨勢歸檔記錄長時間保存。填補(bǔ)了精軋機(jī)參數(shù)連接的技術(shù)空白。原設(shè)計中LCI系統(tǒng)中電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)為系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)，軋線自動化控制系統(tǒng)無法采集，為加強(qiáng)生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備事故預(yù)防和運(yùn)行監(jiān)控，從LCI系統(tǒng)中采集勵磁電流實際值進(jìn)行監(jiān)控，克服國外設(shè)備通訊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)資料短缺和語言困難，經(jīng)過多次實驗工作，最終通過DES軟件將二、三高線精軋機(jī)勵磁電流參數(shù)通過工業(yè)傳動網(wǎng)絡(luò)傳送至PLC系統(tǒng)進(jìn)行讀取，實現(xiàn)了生產(chǎn)上位機(jī)的在線監(jiān)控、趨勢記錄、電流高報警指示等功能，有利于監(jiān)護(hù)、診斷主電機(jī)的運(yùn)行情況。

五、結(jié)束語

針對高線精軋機(jī)西門子LCI裝置進(jìn)行難題攻關(guān)解決，特別是涉及的多項LCI系統(tǒng)功能優(yōu)化和監(jiān)控數(shù)據(jù)完善工作，均為宣鋼高速線材生產(chǎn)線的首次應(yīng)用。一系列的技改項目立足自身、深挖技術(shù)內(nèi)潛，在西門子軟件全部保護(hù)，且技術(shù)人員到位后依舊無法解決設(shè)備難題的前提下，通過以上多項重點工作的實施，徹底解決了制約生產(chǎn)運(yùn)行的瓶頸難題，具備較高的技術(shù)水平。其中的重要參數(shù)讀取監(jiān)控技術(shù)，在宣鋼三條高速線材生產(chǎn)線LCI裝置中具有十分必要的推廣應(yīng)用價值，已經(jīng)在三條高線推廣應(yīng)用實現(xiàn)了現(xiàn)代企業(yè)自動化水平的不斷提升與創(chuàng)新。

（作者單位：宣鋼檢修公司）