硅鋼連退機組急停系統測試及改造

中冶南方（新余）冷軋新材料技術有限公司 潘恒韜 劉 濤 沈 平

中冶南方（新余）冷軋新材料技術有限公司是一家以生產中低牌號硅鋼為產品的公司。該公司所擁有的連續退火線使用了一套由西門子S7-315F為平臺設計的獨立急停系統。通過急停系統與主控TDC系統的通訊協調來保證連退機組在事故時能快速停車。但在實際生產應用中，當主控TDC系統出現故障時，因控制失效易造成堆帶、斷帶事故。本次改造對系統進行了有針對性的功能的測試及改造。

1.連退線的自控與急停系統的構成及原理

1.1 連退線機組自動化設備分布

連退線機組分為入口段、入口活套、清洗段、退火爐段、干燥段、出口活套和出口段幾部分。通過開卷機、卷取機、入出口活套主卷揚、1-7#張力輥維持生產線的運行和張力穩定。具體分布如圖1所示。

1.2 連退線控制系統組成

連退線自控系統由四部分組成：主令控制系統，順序控制系統，傳動控制系統，急停控制系統，HMI人機畫面系統。主令控制系統是由西門子TDC控制器構成，負責全線的速度、張力、物料跟蹤等功能。順控系統由西門子S7-400系列PLC構成，負責全線公輔設備以及順序控制。傳動系統由西門子最新的Sinamics S120系列傳動系統組成。急停系統由西門子專門用于安全急停系統的S7-315F系列PLC組成。HMI人機界面是由兩臺工程計算機搭載WINCC平臺組成的冗余服務器，連接現場4臺客戶機完成人機互動。

1.3 急停動作流程

當急停動作被觸發時。首先由急停系統獲取觸發信號，經處理通過profibus-DP網路將其傳給主令控制系統TDC。由TDC分配各段動作任務下發至S7-400順控系統，同時將停車速度斜坡發給傳動系統。傳動接收到速度后執行停車動作，當停車完成后返回完成信號給主令。主令系統接收到完成信號后轉給急停系統，急停系統接收到完成信號，或者延時時間到后切斷現場ET站輸出信號供電。

2.使用中存在的問題

圖1 機組設備分布圖

在正常生產中急停系統能夠穩定正常的工作。但由于TDC系統的不穩定，時常產生死機故障的情況。在TDC故障的情況下，急停系統由于丟失了中間環節導致控制不穩定，時常出現機組無法正常停車或者雖能停車但堆帶斷帶等情況。給生產、安全、設備造成了重大的影響，嚴重制約生產的順行，產品質量失控，產生了巨大損失，為此，要求急需對其進行改造與完善。

3.對現有系統的功能測試

3.1 測試方案

3.1.1 測試條件

全線以80m/min的工藝段速度跑帶，帶鋼為調整材；入出口活套固定保持在40%的套量。涂層機、測厚儀離線，涂層機組接手必須拆除、清洗段所有輥子打開到非工作位置。以上措施以保證測試時人員和設備的安全。

3.1.2 測試目的

檢測機組運行時急停系統的動作情況，以及各段連鎖動作情況。檢測運行時抱閘動作情況以及動作效果。檢測在控制系統失靈的情況下急停系統的可靠性和動作步驟。

3.1.3 主控TDC故障情況下急停系統測試

(1)全線處于80m/min跑帶狀態，入出口活套套量保持在40%；

(2)安排電氣人員分別在入出口活套及各張力輥處監控運行狀態。

(3)安排操作人員在機組易造成堆帶的位置進行監控。

(4)切斷TDC電源，通知現場人員進行監控并記錄。

(5)切斷TDC電源20秒后，全線所有急停按鈕拍下，各段人員進行監控并記錄。

(6)觀測爐輥運行情況。

3.2 測試數據及結論分析

3.2.1 急停系統測試數據

主要測試了開卷取機和7個張力輥在TDC斷電后運行情況，急停拍下后運行情況及對應的設備停止時間和抱閘動作情況。根據記錄TDC控制器斷電后，操作畫面顏色有變化，正常信號顏色全部變成灰色，數據不更新。TDC控制器無法給傳動系統發出減速速度指令，導致電機只能按自身慣性減速運行并最終停車。TDC斷電20秒拍急停按鈕后，電機按急停斜波減速停車。TDC斷電后無法給抱閘鎖緊信號，因此抱閘不動作。由于各段殘存張力的影響，設備在停機后仍然會以很低的速度運行，入口段、入口活套、清洗段、退火爐、干燥爐無明顯堆帶現象，出口活套、卷取機有明顯堆帶現象。爐輥擺動出現無法停止的狀況，以原工藝段速度繼續運行，而同時退火爐段張力出現急劇增大的情況。測試時發現退火爐段的張力釋放裝置在失電后沒有縮回，導致停機狀態下，張力釋放裝置失效，無法將張力釋放。

3.2.2 測試結果及存在的問題

當TDC控制器正常工作時，急停系統能按要求及時停車，各段張力穩定。當TDC控制器故障時，畫面顯示異常，機組處于失控狀態，各段張力、速度無法協調控制，因此必然出現堆帶現象。拍急停按鈕后傳動設備減速運行直至停止。由于主控系統的失靈導致其掛載的張力釋放裝置失效，同時爐輥失控，使得退火爐段張力急劇增大，可能造成爐內斷帶、堆帶等情況。

4.急停系統的改造

4.1 自動控制系統改造

本次改造針對測試中出現的退火爐張力急劇增大而張力釋放裝置失效的情況做出了如下調整。

首先將張力釋放裝置由TDC主控系統控制轉為急停系統控制。通過改造線路，將控制張力釋放裝置升降的氣閥直接連接到急停系統S7-315F的輸出點上。同時在急停程序中增加張力釋放裝置的控制程序塊FB261。

將原有的控制信號和急停信號輸入到新增的FB261張力釋放裝置控制塊中，并增加了延遲動作時間防止因信號干擾而造成的誤動作。

通過將張力釋放裝置功能轉移，使其在TDC系統失效的情況下仍能保證正常工作，及時釋放過大的張力，防止退火爐段因張力過大導致斷帶事故。

4.2 傳動系統改造

TDC系統發生死機故障時，傳動控制系統S120與TDC的通訊將中斷，傳動系統將無法接收TDC系統發送的數據，從而造成機組速度失去控制。TDC死機過程中S120系統將發出故障代碼F07220，在S120系統中參數P2100和P2101分別是故障代碼以及該故障代碼的系統反應。因此將P2100[0]設置為7220，將P2101[0]設置為2，即當S120系統產生故障代碼7220時系統將自動進入急停狀態。該方法能在TDC系統死機時自動急停停車減少事故處理時間。

5.結論

在對急停系統的改造后，重新以相同方式組織測試，原有的堆帶情況得到極大緩解，退火爐段張力釋放裝置能夠正常動作，保證張力可控，爐輥無法停止的情況得到解決。自改造兩年以來，雖TDC控制系統故障仍有發生，但急停系統很好的保證了機組在異常狀況下的穩定可靠停車，未造成堆帶和斷帶事故。節約了故障處理時間，確保了生產的順行，產品質量的穩定。

本文針對硅鋼連退機組急停系統的測試及改造進行了論述。應用結果表明，此次改造思路正確，效果明顯，值得同類企業改造時借鑒。

[1]SINAMICS S120/S150 List Manual(LH1),11/2009.

[2]鮑伯祥,陸章杰,王世寧.西門子TDC編程及應用指南[M].北京航空航天大學出版社.