軋機(jī)軸承試驗(yàn)臺(tái)PLC與直流調(diào)速裝置故障處理

馬立新，王建梅，康建峰，黃訊杰

(太原科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，太原 030024)

大型軋機(jī)軸承綜合試驗(yàn)臺(tái)由機(jī)械系統(tǒng)、液壓加載系統(tǒng)、稀油潤滑系統(tǒng)、動(dòng)靜壓潤滑系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。該試驗(yàn)臺(tái)適合于不同軋制工況下軋機(jī)軸承的試驗(yàn)，有利于開展各類軋機(jī)軸承的潤滑理論、試驗(yàn)和延壽技術(shù)研究，促進(jìn)我國軋機(jī)及軋機(jī)軸承的國產(chǎn)化進(jìn)程。

控制系統(tǒng)是大型軋機(jī)軸承綜合試驗(yàn)臺(tái)的核心，是整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)功能完全實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。因此，只有控制系統(tǒng)正常工作，才能保證設(shè)備的安全正常運(yùn)行。本試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)以PLC和WinCC為基礎(chǔ)，對(duì)主機(jī)、液壓站、稀油站及潤滑站等各個(gè)部分進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控、信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理，同時(shí)具有控制電路通斷和保護(hù)的功能。試驗(yàn)臺(tái)使用一臺(tái)160 kW的直流電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，使用西門子6RA7085-直流調(diào)速裝置進(jìn)行調(diào)速。在PLC與直流調(diào)速和手控臺(tái)之間建立起DP主站和從站的關(guān)系[1]，及時(shí)排除故障，確保試驗(yàn)臺(tái)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 通信故障及處理

PLC與直流調(diào)速裝置之間為DP主站與從站的關(guān)系，主站周期性地讀取從站的輸入信息，并周期性地向從站發(fā)送輸出信息。在從站的CBP通信板上有3個(gè)指示燈，顏色分別為紅、黃、綠，指示燈閃爍的含義見表1。

表1 CBP指示燈含義

通信正常時(shí)，CBP板上指示燈同步閃爍。若6RA70的CBP板上只有紅色和黃色燈同步閃爍，直觀判斷為通信中斷，可能原因?yàn)椋?/p>

(1)電磁干擾；

(2)總線連接器脫離或者連接極性錯(cuò)誤；

(3)數(shù)據(jù)主站沒有提供node信號(hào)等信息，沒有可用數(shù)據(jù)通過PROFIBUS傳送；

(4)未接通PROFIBUS電纜或者電纜有問題，無法通過PROFIBUS 傳送數(shù)據(jù)；

(5)DP通信線或者DP接頭沒有安裝好；

(6)通信板硬件問題。

1.1 CBP綠燈不亮，直流調(diào)速裝置報(bào)錯(cuò)A083

在實(shí)現(xiàn)PLC與直流調(diào)速裝置的通信時(shí)，要以硬件組態(tài)為基礎(chǔ)，在各個(gè)模塊之間建立起聯(lián)系[2-3]。在現(xiàn)有PLC程序中，硬件組態(tài)里沒有建立直流調(diào)速、PLC的PROFIBUS總線連接，因此不能實(shí)現(xiàn)DP主站與從站的通信。圖1給出了PROFIBUS總線硬件組態(tài)。

圖1 PROFIBUS總線硬件組態(tài)

當(dāng)啟動(dòng)現(xiàn)有運(yùn)行程序時(shí)，CBP板上的綠燈不閃爍，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)直流調(diào)速裝置報(bào)錯(cuò)信息為A083。表示通信建立后，無有效數(shù)據(jù)來自DP主站。原因可能是6RA70本身的CBP通信板、通信連接頭、PROFIBUS連接電纜故障，或通信數(shù)據(jù)格式有問題。通過建立硬件組態(tài)程序，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 CBP綠燈不亮，SF常亮，BF閃爍

當(dāng)PLC 的CPU上SF常亮，BF閃爍，直流調(diào)速CBP板的綠燈不亮?xí)r，表示PROFIBUS DP接口發(fā)生錯(cuò)誤。可能原因?yàn)椋?1)連接的站點(diǎn)有故障；(2)至少一個(gè)組態(tài)的從站無法訪問；(3)錯(cuò)誤組態(tài)。

首先檢查總線電纜是否已連接到CPU；等到CPU完成啟動(dòng)過程，若BF不停止閃爍，則檢查DP從站或評(píng)價(jià)DP從站的診斷數(shù)據(jù)。診斷結(jié)果為：CBP板的綠燈不亮原因?yàn)檫B接CPU上的DP接口的總線連接器內(nèi)兩根不同導(dǎo)線的極性接錯(cuò)；SF常亮，BF閃爍是由于總線連接器的開關(guān)位置不對(duì)，其正確開關(guān)位置見表2。

表2 開關(guān)正確位置

2 直流調(diào)速裝置參數(shù)設(shè)置及優(yōu)化

直流調(diào)速裝置為調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)速度的設(shè)備，上端與交流電源連接，下端與直流電動(dòng)機(jī)連接，直流調(diào)速器將交流電轉(zhuǎn)化為兩路輸出直流電源，一路輸出給直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁(定子)，一路輸出給直流電動(dòng)機(jī)電樞(轉(zhuǎn)子)，直流調(diào)速器通過控制電樞直流電壓來調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。同時(shí)直流電動(dòng)機(jī)給直流調(diào)速器提供反饋電流，直流調(diào)速器根據(jù)反饋電流來判斷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速情況，必要時(shí)修正電樞電壓輸出，以此來再次調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案一般有下列3種方式：(1)改變電樞電壓；(2)改變勵(lì)磁繞組電壓；(3)改變電樞回路電阻。 最常用的是調(diào)壓調(diào)速，本試驗(yàn)臺(tái)的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速就是采用調(diào)壓調(diào)速方式。

2.1 直流調(diào)速裝置故障及參數(shù)設(shè)置

在一次電源跳閘之后，使用試驗(yàn)臺(tái)原PLC程序時(shí)，上位機(jī)和PLC的通信正常，PLC與直流調(diào)速裝置的通信正常，將直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載卸掉，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)；但啟動(dòng)風(fēng)機(jī)后，按下主電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，直流調(diào)速的PMU面板顯示“——”(無有效的轉(zhuǎn)矩方向)，電動(dòng)機(jī)不運(yùn)行。

PLC程序中無系統(tǒng)功能SFC14/15(用于DP從站數(shù)據(jù)的讀寫)，其功能是在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大于4個(gè)字節(jié)時(shí)實(shí)現(xiàn)DP主站與從站之間的數(shù)據(jù)讀寫[4-5]。在導(dǎo)入SFC14/15之后，電動(dòng)機(jī)仍然不能啟動(dòng)，說明SFC14/15的缺失并不是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)的原因。在按下啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的按鈕后，PLC中設(shè)定轉(zhuǎn)速的程序段顯示設(shè)定的轉(zhuǎn)速已經(jīng)給入了直流調(diào)速裝置，這說明PLC程序本身也沒有問題。因此，確定為6RA70直流調(diào)速裝置故障。將直流調(diào)速裝置恢復(fù)出廠設(shè)置，輸入直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)并進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，此時(shí)直流電動(dòng)機(jī)可以啟動(dòng)。

直流調(diào)速裝置參數(shù)設(shè)置為：

P100=401 (電樞額定電流,A);

P101=440 (電樞額定電壓,V) ；

P102=14.8 (勵(lì)磁額定電流,A)；

P104=1 000 (速度n1,r/min)；

P052=3 (顯示所有使用的參數(shù))；

P083=3 (實(shí)際速度的EMF反饋)；

P918=3 (從站地址)；

P433=3 002 (變頻器給定值)。

在程序段中，即便將MD404改成MD406，MD406改成MD410，也并不影響功能的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵摰刂穬?chǔ)存的是計(jì)算中間值。電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速不均勻是因?yàn)樵谝簤杭虞d設(shè)置和轉(zhuǎn)速設(shè)置的程序中，重復(fù)使用了同一地址MD410，只需選一個(gè)未使用的地址將其替換即可。

2.2 直流調(diào)速裝置的優(yōu)化

(1) 電樞和勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)器的自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行。P051 = 25，合上端子37(電源的合閘/分閘)及38(運(yùn)行使能)，優(yōu)化運(yùn)行開始。自動(dòng)設(shè)置參數(shù)P110，P111，P112，P155，P156，P255，P256，P826。注意在執(zhí)行優(yōu)化運(yùn)行過程中，永磁電動(dòng)機(jī)和剩磁過大的電動(dòng)機(jī)必須機(jī)械鎖死。

(2)速度環(huán)的自動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行。P051 =26，合上端子37及38，優(yōu)化運(yùn)行開始。自動(dòng)設(shè)置參數(shù)P225，P226 和P228。用P236選擇速度調(diào)節(jié)回路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)程度，P236的默認(rèn)值為75%，在速度調(diào)節(jié)器優(yōu)化之前設(shè)定P236的值，并將影響到P225，P226 和P228值的設(shè)定。對(duì)于速度調(diào)節(jié)器的優(yōu)化，在電動(dòng)機(jī)軸上必須與最后有效的電動(dòng)機(jī)負(fù)載相連接，因?yàn)樗O(shè)定的參數(shù)同所測量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)。

(3)弱磁的優(yōu)化運(yùn)行。P051 = 27，合上端子37及38，優(yōu)化運(yùn)行開始。弱磁的優(yōu)化決定著電動(dòng)機(jī)的磁化曲線，所以在進(jìn)行弱磁優(yōu)化時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能帶任何負(fù)載，否則將影響磁化曲線的準(zhǔn)確性[6]。

3 主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制

電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)是通過改變電樞電壓的極性(亦即改變電樞電流的極性)得以實(shí)現(xiàn)。圖2 為電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的PLC程序。MD410輸出值為正整型值，當(dāng)Q0.2(電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)輸出繼電器)接通時(shí)，在這個(gè)整型值上乘以1(這一步可以省略)，輸出為正值，控制電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)；Q0.1(電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)輸出繼電器)接通時(shí)，在這個(gè)整型值上乘以-1，輸出為負(fù)值，控制電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。

圖2 直流電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)程序

實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)為電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為介于0～16 384之間的整數(shù)值，該整數(shù)值與電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速成正比。

4 結(jié)束語

控制系統(tǒng)是大型軋機(jī)軸承綜合試驗(yàn)臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，及時(shí)地解除設(shè)備故障并進(jìn)行記錄才能在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)并保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)維護(hù)和升級(jí)改造，為我國軋機(jī)軸承新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)提供一定的試驗(yàn)保障和技術(shù)支持，有利于深入開展大型軋機(jī)軸承理論及試驗(yàn)研究。