一起精軋機組故障的系統分析和處理

房新亮

作者通聯：萊鋼股份有限公司棒材廠 山東萊蕪市鋼城區新興路 271126

E-mail：fxl1974521@126.com

一、精軋機組簡介

萊鋼股份有限公司棒材廠小型車間為連續軋制棒材生產線，其中精軋機組是單帶傳動，1臺電機經復合減速機降速后帶動1臺軋機，精軋機組工藝平面布置見圖1。軋機主傳動均采用直流電機和西門子SIMOREG DC MASTER 6RA70直流傳動裝置，西門子S7-400系列PLC實現軋制過程自動化，使用PROFIBUS-DP現場總線進行PLC和傳動裝置以及其他I/O從站間的數據交換。

圖1 生產線精軋機組工藝平面布置圖

二、精軋機組速度控制

1.軋機電機給定速度

式中v2——軋機電機給定速度，r/min

v1——理論計算的軋機電機預設定速度，r/min

v3——軋機電機聯調速度，r/min

v4——軋機電機單調速度，r/min

v5——軋機電機動態補償速度，r/min

k——動態補償系數，通過畫面設定，通常取1%～7%

軋制前需根據軋制工藝和金屬秒流量相等原則，計算、設定v1。軋制剛開始時，受料型、孔型、溫度等因素影響，需要通過聯調或單調開關對v1進行微調，因此v3和v4均可能存在一定數值，若速度補償不起作用，v5=0。

2.軋機電機速度動態補償

軋機初始咬鋼瞬間，受負荷變化劇烈和直流電機機械特性影響，軋機電機轉速會出現一定程度降低，而傳動裝置自身抗擾性能不足以克服該速降，嚴重時會造成鋼坯咬入困難，甚至堆鋼。為此，常在軋機咬鋼之前，在v2基礎上累加v5，作為新的軋機電機給定速度，以補償電機速度瞬時降低，當鋼坯正常咬入后，再恢復v2原值，保持正常軋制金屬秒流量。

精軋機組速度快、坯料小，速度動態補償尤為重要，具體補償方法是K6軋機檢測出6RA70裝置發出的負荷信號后，在K6機架咬鋼并且鋼坯尚未到達K4機架時，K1～K5軋機電機速度補償啟動。以K4軋機為例，若K4目前空載且前一根鋼已過5s，v1=400r/min，v3、v4已清零，v3=v4=0，則此時 v2=v1+v3+v4=400r/min；動態速度補償啟動，假定k=5%，則此時v2=400+kv1=400+5%×400=420r/min。當K4機架咬鋼，K4的6RA70裝置發出負荷檢測信號，動態補償取消，v2恢復為400r/min。

另外，考慮到鋼速較快，K4、K5機架距離K6機架較近，若K6機架檢測到有鋼后再開始K4、K5的升速，則有可能電機速度未達到補償速度前，已經咬鋼。為此，在K4、K5機架拋鋼后立即升為補償速度，如上例，K4機架以400r/min運行，鋼坯通過后，K4電機v2立即升為420r/min且持續5s。若5s內K6負荷信號到達，v2仍為420r/min，反之補償功能取消，v2恢復至400r/min。

3.開機速度自動清零

當軋制正確的秒流量關系建立后，在速度調整過程中，為直觀體現正常軋制速度，操作人員在操作臺用清零按鈕將v3、v4置零，并將兩者累加至v1中。實際操作時，為使用方便，通常在開機后，執行上述速度累加，因此也叫開機自動清零。操作人員按操作臺“全線開機”按鈕后，若PLC程序“系統正常”信號滿足，則程序中“全線啟動”信號發出后，所有軋機電機開始運轉并同時執行開機速度自動清零功能。

三、故障處理

1.故障現象

在正常軋鋼過程中，某段時期內K4、K5軋機v2會忽然升高，導致堆鋼或拉鋼，影響生產。故障發生后，軋機速度升高幅值不等且保持平穩，故障有時數月不出，有時一周數次，仔細觀察、跟蹤分析該故障，發現以下規律。

（1）故障集中在K4、K5軋機。

（2）生產錨桿鋼時，故障頻次較大，生產較小規格產品時，基本未出現故障。初步判斷，故障和軋鋼生產工藝，即和軋機負荷（電機電流）分配有較大關系。

（3）故障通常發生在K4軋機剛拋掉前一支鋼而后一支鋼尚未到達時，轉速基本為v2和v5疊加。觀察故障時的K4軋機電機轉速歷史趨勢曲線（圖2），發現升速曲線較為陡峭。正常情況下，不應該出現t3～t4時段升速。

圖2 電機轉速趨勢曲線圖

2.故障分析

根據故障現象，故障可能和軋機電流及軋機電機速度動態補償有關，分析原因如下。DRIVEMONITOR軟件也很難發現，并且在電機WINCC畫面的電機轉速歷史曲線上亦不能得到很好反映。

（2）自動轉速清零程序存在缺陷。精軋機組自動轉速清零的方法是在PLC程序中將當前的v2值直接賦值給v1。這種方法存在較大問題，在發生K3軋機6RA70裝置重啟動時程序執行過程如下：RUN信號置零時，程序中的“系統正常”、“全線啟動”信號依次置零；RUN信號恢復為1后，“系統正常”信號置1，“全線啟動”信號重新發出，同時執行開機轉速自動清零功能。在此過程中，軋機“全線啟動”信號重發用時較短，使用西門子STEP7編程軟件在線監控ON-LINE功能也無法觀察到。

由于此時為K3軋機將要拋鋼時刻，即軋制鋼坯正在K3軋機尾部，K4軋機尚在負荷失掉后的5s內，延時動態補償功能有效。假設K4軋機正常軋制時v1=400r/min，v3=v4=0，k=5%，則當前K4電機v2=v1+v3+v4+kv1=（1+5%）×400=420r/min。當轉速自動清零信號發出后，v1=v2=420r/min，v2=v1+v3+v4+kv1=420×（1+5%）=441r/min。軋件咬入，K4負荷信號到達后，動態補償功能取消，給定速度變為v2=v1+v3+v4=420r/min＞400r/min，大于正常軋制速度，軋制秒流量被破壞，故障發生（圖3）。

3.故障處理

（1）修改PLC程序，當6RA70裝置RUN信號短暫置零并重

圖3 故障發生過程框圖

（1）電流過大，K3軋機6RA70裝置重啟動。K3軋機電機選型不甚合理（功率600kW，額定轉速1150r/min，最高轉速1500r/min），而生產錨桿鋼時，電機轉速僅為400r/min，遠低于額定轉速，同時也無法通過調整明顯降低軋制轉矩，造成K3軋機電機電流極大，咬鋼時沖擊電流可達額定電流的140%。相應整流前的交流進線電流也會增大，導致電網電壓以及6RA70采集的進線電壓信號出現瞬間跌落。若電網電壓低于6RA70裝置參數P78.001（整流器電樞額定輸入電壓，作為低電壓等監控功能的參考值）和參數P351（欠電壓跳閘的閾值）的設置參數，而持續時間又小于P86（自動再啟動電壓故障時間）監控值時，可控硅觸發脈沖被禁止，脈沖信號封鎖，6RA70裝置滯留在O4狀態，RUN信號（控制字1中BIT3——enable pulses）置零。但是一般電壓跌落時間極短，當電壓信號恢復到監控閾值以上時，RUN信號迅速恢復，6RA70裝置繼續驅動電機運行。由于RUN信號置零時間極短，在PMU幾乎監控不到該過程，采用新發出后，程序不再發出轉速自動清零信號。只有當操作臺“全線開機”按鈕發出信號后，才能發出自動清零信號。“轉速清零”信號發出后，累計的轉速量只包括 v1、v3、v4，不應包括 v5。

（2）調整軋制工藝，完善工藝操作，降低電機電流至允許范圍。

（3）更換K3軋機直流電機（功率800kW、額定轉速600r/min、最高轉速1200r/min），以適應生產工藝要求。

采取上述措施后，故障未再出現，保證了生產的順利進行。

1 新疆八一鋼鐵（集團）公司“小型連軋機工藝與電氣控制”編寫組.小型連軋機工藝與電氣控制.冶金工業出版社，2003.6