王曉顏，吳瑞蕤

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng)471039)

我國(guó)有色金屬加工行業(yè)中的板帶冷、熱軋?jiān)O(shè)備大多采用直流傳動(dòng)方式，其傳動(dòng)控制模塊多使用ABB_DCS500系列產(chǎn)品。隨著設(shè)備使用時(shí)間增長(zhǎng)，ABB_DCS500模塊故障頻率也增多，由于該系列產(chǎn)品已經(jīng)停產(chǎn)，所以有必要尋找一個(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的替代方案。

1 DCS500的問(wèn)題

ABB公司DCS500直流傳動(dòng)系列產(chǎn)品，因其架構(gòu)堅(jiān)固，工作穩(wěn)定，全數(shù)字化操作，能夠很好滿足板帶類冷熱軋機(jī)組傳動(dòng)控制需求，多年來(lái)為很多廠家的設(shè)備提供傳動(dòng)控制。以2008年我公司為某企業(yè)提供的1450mm冷軋機(jī)組為例，該機(jī)組采用的直流傳動(dòng)配置方案就采用了ABB的DCS500系列產(chǎn)品(表1)。

表1 1450mm冷軋配置的傳動(dòng)模塊數(shù)據(jù)

ABB_DCS系列直流電機(jī)控制器性能優(yōu)良，可靠性高，功率范圍大，適用于直流電機(jī)電樞的供電和控制。但由于DCS500上的電路板已經(jīng)不再生產(chǎn)，ABB公司的庫(kù)存也已耗盡，未來(lái)DCS500的維修已不能提供可靠保障。另外，基于ABB大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)備的故障率基本呈澡盆曲線(Bath Curve)，設(shè)備初期故障率較高，隨著人員對(duì)設(shè)備的逐漸熟悉，設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)定期，故障率較低；然后隨著設(shè)備使用年限的增加，設(shè)備內(nèi)部的器件不斷老化，導(dǎo)致故障率不斷攀升，設(shè)備性能不斷下降(圖1)，且設(shè)備的故障不可預(yù)測(cè)，會(huì)帶來(lái)不確定的停產(chǎn)。故障停產(chǎn)后，維修備件不能保證，設(shè)備恢復(fù)生產(chǎn)的時(shí)間也不確定，用戶的維修費(fèi)用和停產(chǎn)損失代價(jià)巨大。近年來(lái)該企業(yè)1450mm冷軋機(jī)組的傳動(dòng)系統(tǒng)已不時(shí)出現(xiàn)傳動(dòng)裝置本身故障問(wèn)題，且故障頻率在不斷提高，給設(shè)備維護(hù)和生產(chǎn)帶來(lái)很大的不可控因素，也對(duì)生產(chǎn)效益造成了影響。

2 硬件解決方案

面對(duì)目前DCS500已經(jīng)不再生產(chǎn)、相關(guān)備品備件不僅價(jià)格高且供貨渠道少，未來(lái)DCS500的維修已不能提供可靠保障等問(wèn)題，我公司為該冷軋機(jī)組提供了由ABB-DCS800替代DCS500的實(shí)施方案。同等規(guī)格的傳動(dòng)模塊，DCS800模塊的尺寸比原有DCS500的尺寸要小(表2)，所以可以利用原有的柜臺(tái)和輔助電路系統(tǒng)。升級(jí)為DCS800后，原有傳動(dòng)柜的電樞回路基本保持不變，部分DCS500升級(jí)后為內(nèi)置勵(lì)磁，原勵(lì)磁回路接線空置。如傳動(dòng)模塊DCS502B-0820-41，升級(jí)后模塊型號(hào)為DCS800-S02-0820-04，電樞回路保持不變，原勵(lì)磁回路接線空置，如圖2所示。而大功率模塊，如DCS502B-2050-71，則因?yàn)榧嫒菪詥?wèn)題需更換全新外置的勵(lì)磁模塊。

表2 DCS800傳動(dòng)模塊數(shù)據(jù)

3 軟件升級(jí)方案

原DCS500傳動(dòng)控制系統(tǒng)使用GAD編程工具，操作繁瑣，用戶體驗(yàn)不太友好，參考資料十分有限，對(duì)設(shè)備的維護(hù)和程序優(yōu)化都十分不利。我們?yōu)樵?450mm冷軋機(jī)組設(shè)計(jì)了全新的傳動(dòng)控制軟件系統(tǒng)，本項(xiàng)目采用Siemens高速運(yùn)算模塊FM458-1DP完成機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)控制，DCS800模塊只需采用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，無(wú)需進(jìn)行內(nèi)部編程。

該傳動(dòng)控制軟件基于Siemens公司CFC開(kāi)發(fā)，CFC包含功能強(qiáng)大的控制功能庫(kù)，使FM458控制器能夠滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，覆蓋從簡(jiǎn)單的邏輯計(jì)算到復(fù)雜的控制回路閉環(huán)控制。利用CFC軟件功能，采用對(duì)象化編程模式，針對(duì)設(shè)備特點(diǎn)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的主機(jī)控制、卷取張力控制、補(bǔ)償計(jì)算、卷徑計(jì)算等程序功能庫(kù)。圖3為卷取張力控制的邏輯圖。

4 升級(jí)后效果

新方案使用CFC圖形化編程語(yǔ)言，數(shù)據(jù)流清晰明了，維護(hù)人員易于上手，且在生產(chǎn)過(guò)程中，軟件中的關(guān)鍵變量均可記錄在數(shù)據(jù)記錄中，提高生產(chǎn)過(guò)程的可追溯性。新方案較原方案在開(kāi)發(fā)的卷取工藝軟件細(xì)節(jié)上更加完善：

(1)投張、切張過(guò)程的平滑處理，在生產(chǎn)薄料時(shí)可避免建張過(guò)程拉斷帶材和建張過(guò)程中張力劇烈變化造成的厚度波動(dòng)。

(2)帶s曲線的一鍵升降速模式，可根據(jù)生產(chǎn)情況定義不同的升降速斜率與s時(shí)間(生產(chǎn)薄料時(shí)適當(dāng)減小升速斜率)，使升降速過(guò)程平滑柔和(圖4)，盡可能降低由于升降速帶來(lái)的厚差波動(dòng)，縮短帶頭帶尾厚度超差比例，提高成品率，同時(shí)可提高生產(chǎn)效率。

(3)新方案更加精確的前后滑預(yù)估值，使升降速過(guò)程中的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償更加準(zhǔn)確，確保張力系統(tǒng)工作更加精確，保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定，降低動(dòng)態(tài)過(guò)程超差率，提高成品率。

(4)主機(jī)傳動(dòng)的加速度分為升速加速度、降速加速度、正常停車加速度、快速停車加速度、急停加速度。每一種加速度均可在工程師站中設(shè)置，而原方案則在DCS500模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些功能很不方便。

5 結(jié)語(yǔ)

本DCS500裝置替代方案受到用戶認(rèn)可，并因其采用最低程度的硬件改動(dòng)方式，項(xiàng)目?jī)H通過(guò)停機(jī)5個(gè)工作日就完成設(shè)備更替和系統(tǒng)調(diào)試，并順利進(jìn)入正常生產(chǎn)。該方案的成功實(shí)施為有色金屬加工行業(yè)眾多DCS500傳動(dòng)裝置使用客戶提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的設(shè)備升級(jí)方案。