熱軋2050軋線輥道電機(jī)電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

范 輝

熱軋2050軋線粗軋區(qū)、熱卷箱區(qū)、精除鱗箱區(qū)、輸出區(qū)、卷取區(qū)輥道其功能是將板坯從加熱爐出口經(jīng)軋機(jī)軋制成帶鋼傳送至卷取機(jī)進(jìn)行卷取，是熱軋生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備。該設(shè)備特點(diǎn)是輥道數(shù)量多、速度快，且輥道電機(jī)長期處于高溫、潮濕的環(huán)境，電機(jī)故障頻發(fā)，經(jīng)常出現(xiàn)電機(jī)跳閘、死輥現(xiàn)象，對(duì)帶鋼質(zhì)量、產(chǎn)量造成嚴(yán)重影響。因此，對(duì)粗軋區(qū)、熱卷箱區(qū)、精除鱗箱區(qū)、輸出區(qū)、卷取區(qū)輥道電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)非常必要。

為了避免關(guān)鍵區(qū)域輥道運(yùn)行異常而導(dǎo)致熱軋板帶的產(chǎn)品質(zhì)量問題，特建立一套熱軋區(qū)域輥道在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)旨在實(shí)時(shí)掌控?zé)彳?050mm生產(chǎn)線粗軋區(qū)、熱卷箱區(qū)、精除鱗箱區(qū)、輸出區(qū)、卷取區(qū)輥道電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。要求通過精軋、粗軋、卷取三個(gè)區(qū)域建立三套PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控。

通過建立輥道電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵區(qū)域輥道電機(jī)的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)電機(jī)三相不平衡、過載、停機(jī)報(bào)警等功能。采取相應(yīng)的控制措施，針對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)行防范，避免因突發(fā)故障造成電機(jī)損壞，甚至是整個(gè)軋線停產(chǎn)。通過電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使設(shè)備維護(hù)變被動(dòng)為主動(dòng)，這樣提高了設(shè)備的完好率和利用率，也提升設(shè)備管理水平，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提高也起到重要的作用。

1 現(xiàn)狀分析

因軋線輥道溫度高、水汽大、潤滑脂容易流失，會(huì)造成輥道彎曲變形及卡死等故障；同時(shí)，冷卻水噴濺到電機(jī)上，經(jīng)常造成電機(jī)絕緣性降低，導(dǎo)致電機(jī)單相接地或短路等故障。

而輥道電機(jī)絕緣阻值及電機(jī)軸承發(fā)生異常，相應(yīng)電機(jī)電流也會(huì)發(fā)生異常，因此對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以盡早發(fā)現(xiàn)輥道電機(jī)異常現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行處理。軋線輥道電機(jī)通常采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行方式，無法判斷每臺(tái)電機(jī)運(yùn)行狀況是否正常。因此，對(duì)每臺(tái)電機(jī)電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是關(guān)鍵。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件配置

本系統(tǒng)是建立在S7—300PLC和工控機(jī)平臺(tái)之上的分布式系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，一是基礎(chǔ)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線控制級(jí)，二是工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)控制級(jí)。

2.1.1 第一級(jí)：基礎(chǔ)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線控制

網(wǎng)絡(luò)集成的最底層是PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)，主要作用是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。主站S7—300PLC通過PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)與各從站通信，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件等將信號(hào)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)從站ET200SP，再通過DP通信傳送至主站PLC。Profibus～DP主要用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及控制功能。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)見圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖

2.1.2 第二級(jí)：工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)控制

S7—300PLC系統(tǒng)主要由PLC控制單元、一臺(tái)上位機(jī)和以太網(wǎng)卡等組成，操作站利用組態(tài)軟件WinCC實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過從站ET200SP分布I／O模塊對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，主站PLC控制器將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理并進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)診斷功能。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)監(jiān)控軟件采用WinCC7.5組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)采用Win7Professional中文版本。

2.3 電流在線監(jiān)測(cè)的原理

電機(jī)電流是模擬量信號(hào)，模擬量信號(hào)傳送至傳感器經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)，例如lV～5V，0V～10V，4mA～20mA，PLC通過A／D轉(zhuǎn)換模塊將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。模擬量I／O模塊的主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換和D／A轉(zhuǎn)換。電機(jī)在線監(jiān)測(cè)原理見圖2。

吉林省出臺(tái)的《關(guān)于加強(qiáng)孤兒保障工作的實(shí)施意見》中規(guī)定：加強(qiáng)孤兒成年后就業(yè)扶持。按規(guī)定落實(shí)好社會(huì)保險(xiǎn)補(bǔ)貼、崗位補(bǔ)貼等扶持政策，及時(shí)將成年后就業(yè)困難且符合條件的孤兒納入就業(yè)援助范圍，有針對(duì)性地提供就業(yè)幫扶。孤兒成年后自主創(chuàng)業(yè)的，按優(yōu)于大學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)的條件，享受創(chuàng)業(yè)稅收優(yōu)惠，需貸款扶持的，優(yōu)先享受小額擔(dān)保貸款。拓寬孤兒成年后就業(yè)渠道。在開發(fā)公益性崗位時(shí)，對(duì)成年后就業(yè)困難或參軍復(fù)員的孤兒，優(yōu)先安排其到政府開發(fā)的公益性崗位就業(yè)。在實(shí)施高校畢業(yè)生到社區(qū)、村任職選聘工作中，優(yōu)先錄用符合條件的孤兒。參軍復(fù)員的孤兒，優(yōu)先安排工作。

圖2 電機(jī)在線監(jiān)測(cè)原理示意圖

如圖3所示，在電機(jī)A、B、C三相主回路安裝穿芯式電流變送器，電流變送器二次線接人隔離器輸入信號(hào)端子。電流變送器可以將互感器輸入的AC0—5A電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為DC4～20mA電流信號(hào)。把該直流信號(hào)傳輸?shù)皆O(shè)備所在電磁站的PLC模擬量輸入模塊中，PLC再將數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送到主控室的上位機(jī)中。通過WINCC上位機(jī)軟件進(jìn)行組態(tài)，完成畫面數(shù)據(jù)、趨勢(shì)、報(bào)警功能顯示。將電機(jī)三相不平衡、過載、停機(jī)信號(hào)在監(jiān)控畫面上顯示出來，以便于故障診斷。

圖3 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控畫面

2.4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

（1）畫面顯示功能：該畫面通過WinCC7.5軟件組態(tài)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)畫面顯示。對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)畫面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、閃爍、報(bào)警等功能。電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控畫面見圖3所示。

（2）數(shù)據(jù)邏輯運(yùn)算功能：對(duì)系統(tǒng)采集的電機(jī)三相電流信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，利用采集三相電流數(shù)值求取平均值與采集值進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)超出±10%，進(jìn)行三相不平衡報(bào)警；當(dāng)采集的電流數(shù)值超出電機(jī)額定電流時(shí)，通過邏輯比較，實(shí)現(xiàn)過載功能；采集的電流值與零電流值比較，實(shí)現(xiàn)停機(jī)報(bào)警功能。

（3）報(bào)警記錄功能：系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)所有發(fā)生故障的參數(shù)發(fā)出聲光報(bào)警，并提醒點(diǎn)檢人員采取有效控制措施及時(shí)處理。

3 系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用分析及效果

3.1 實(shí)際應(yīng)用分析

圖4為正常情況下加熱爐爐后除磷7#輥道電機(jī)A、B、C三相電流趨勢(shì)圖。通過對(duì)電流曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，可以看出輥道電機(jī)在加速、減速時(shí)，電流會(huì)有明顯波動(dòng)，其他情況下，電機(jī)電流曲線比較平滑。

圖4 正常電流趨勢(shì)圖

圖5是異常情況下加熱爐爐后除磷7#輥道電機(jī)A、B、C三相電流趨勢(shì)圖。通過對(duì)電流曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，可以看出電機(jī)A、B、C三相電流不平衡，電流值較以往明顯增大。可見，通過電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)故障，并采取有效控制措施，為電機(jī)故障早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早預(yù)防提供技術(shù)保障。

圖5 異常電流趨勢(shì)圖

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果

自熱軋2050軋線精軋、粗軋、卷取安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以來，該系統(tǒng)平穩(wěn)可靠運(yùn)行、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、方便設(shè)備點(diǎn)檢人員使用，取得了良好的效果；同時(shí)也使設(shè)備管理更加規(guī)范化和合理化，為推廣這種先進(jìn)的設(shè)備管理模式積累了經(jīng)驗(yàn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)24h不間斷地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)電機(jī)電流信號(hào)進(jìn)行采集、分析、處理，并通過畫面、曲線及數(shù)據(jù)表格等形式進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和存儲(chǔ)，以便于對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析，進(jìn)一步形成各種趨勢(shì)分析結(jié)果。當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，還具有聲、光超限報(bào)警和梯度報(bào)警功能，各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以報(bào)表形式隨時(shí)進(jìn)行打印；同時(shí)能完成與管理層的實(shí)時(shí)通信，便于上級(jí)主管部門及時(shí)掌握機(jī)組的運(yùn)行狀況。

（2）電機(jī)三項(xiàng)電流實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)接口直接與設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)進(jìn)行信息交換，或通過工廠數(shù)據(jù)庫與設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)進(jìn)行信息交換，最終通過設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為設(shè)備維護(hù)人員和設(shè)備管理人員提供輥道運(yùn)行狀況的技術(shù)支持。

（3）通過設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)備維修策略，提高設(shè)備可開動(dòng)率、減少維護(hù)成本、提高設(shè)備安全性和可靠性。實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，正確評(píng)價(jià)設(shè)備實(shí)際劣化趨勢(shì)，準(zhǔn)確分析設(shè)備故障原因、及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為管理層提供協(xié)調(diào)維護(hù)需求與總體運(yùn)營需求的管理平臺(tái)、為執(zhí)行層提供友好、便捷的操作平臺(tái)。

（4）通過電機(jī)電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，我們可以在電機(jī)在出現(xiàn)異常之初就能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，并對(duì)缺陷進(jìn)行分析，采取有效控制措施。及時(shí)避免了不必要的生產(chǎn)停機(jī)和重大設(shè)備故障。

4 結(jié)語

通過電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在熱軋2050軋線的運(yùn)行實(shí)踐表明，整套系統(tǒng)可以滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了粗軋區(qū)、熱卷箱區(qū)、精除鱗箱區(qū)、輸出區(qū)、卷取區(qū)輥道電機(jī)電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)電機(jī)三相不平衡、過載、停機(jī)故障及時(shí)報(bào)警等功能，通過對(duì)電機(jī)電流數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)故障并采取控制措施，保障軋線設(shè)備穩(wěn)定生產(chǎn)。該系統(tǒng)的使用提高設(shè)備管理人員對(duì)電機(jī)進(jìn)行維護(hù)管理，降低了因電機(jī)故障造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題等，從而減少了經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，通過對(duì)電機(jī)電流數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、其他數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、電機(jī)維修更換數(shù)據(jù)等的積累，為電機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，也為今后設(shè)備全生命周期管理和大數(shù)據(jù)分析奠定了基礎(chǔ)。