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)軋機軋制成帶鋼傳送至卷取機進行卷取，是熱軋生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備。該設(shè)備特點是輥道數(shù)量多、速度快，且輥道電機長期處于高溫、潮濕的環(huán)境，電機故障頻發(fā)，經(jīng)常出現(xiàn)電機跳閘、死輥現(xiàn)象，對帶鋼質(zhì)量、產(chǎn)量造成嚴重影響。因此，對粗軋區(qū)、熱卷箱區(qū)、精除鱗箱區(qū)、輸出區(qū)、卷取區(qū)輥道電機狀態(tài)進行監(jiān)測非常必要。

為了避免關(guān)鍵區(qū)域輥道運行異常而導(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)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)旨在實時掌控?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)輥道電機實時運行情況。要求通過精軋、粗軋、卷取三個區(qū)域建立三套PLC系統(tǒng)實現(xiàn)電機實時運行監(jiān)控。

通過建立輥道電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，對關(guān)鍵區(qū)域輥道電機的電流數(shù)據(jù)進行實時分析，實現(xiàn)電機三相不平衡、過載、停機報警等功能。采取相應(yīng)的控制措施，針對及時發(fā)現(xiàn)的問題，進行防范，避免因突發(fā)故障造成電機損壞，甚至是整個軋線停產(chǎn)。通過電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)使設(shè)備維護變被動為主動，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，會造成輥道彎曲變形及卡死等故障；同時，冷卻水噴濺到電機上，經(jīng)常造成電機絕緣性降低，導(dǎo)致電機單相接地或短路等故障。

而輥道電機絕緣阻值及電機軸承發(fā)生異常，相應(yīng)電機電流也會發(fā)生異常，因此對電機電流進行監(jiān)測，可以盡早發(fā)現(xiàn)輥道電機異?，F(xiàn)象及時進行處理。軋線輥道電機通常采用一臺變頻器拖動多臺電機的運行方式，無法判斷每臺電機運行狀況是否正常。因此，對每臺電機電流實時監(jiān)測是關(guān)鍵。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計與功能實現(xiàn)

2.1 硬件配置

本系統(tǒng)是建立在S7—300PLC和工控機平臺之上的分布式系統(tǒng)。整個系統(tǒng)設(shè)計由兩級網(wǎng)絡(luò)組成，一是基礎(chǔ)自動化現(xiàn)場總線控制級，二是工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)控制級。

2.1.1 第一級：基礎(chǔ)自動化現(xiàn)場總線控制

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)場設(shè)備。主站S7—300PLC通過PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)與各從站通信，現(xiàn)場檢測元件等將信號傳輸給現(xiàn)場從站ET200SP，再通過DP通信傳送至主站PLC。Profibus～DP主要用于工業(yè)自動化系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，實現(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：工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)控制

S7—300PLC系統(tǒng)主要由PLC控制單元、一臺上位機和以太網(wǎng)卡等組成，操作站利用組態(tài)軟件WinCC實現(xiàn)對現(xiàn)場電機狀態(tài)進行監(jiān)測。通過從站ET200SP分布I／O模塊對電流信號進行實時采集，主站PLC控制器將實時數(shù)據(jù)進行采集處理并進行數(shù)據(jù)保存，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的在線監(jiān)測診斷功能。

2.2 軟件設(shè)計

上位機監(jiān)控軟件采用WinCC7.5組態(tài)軟件來實現(xiàn)，計算機操作系統(tǒng)采用Win7Professional中文版本。

2.3 電流在線監(jiān)測的原理

電機電流是模擬量信號，模擬量信號傳送至傳感器經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換為標準電壓或電流信號，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)就是實現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換和D／A轉(zhuǎn)換。電機在線監(jiān)測原理見圖2。

吉林省出臺的《關(guān)于加強孤兒保障工作的實施意見》中規(guī)定：加強孤兒成年后就業(yè)扶持。按規(guī)定落實好社會保險補貼、崗位補貼等扶持政策，及時將成年后就業(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，對成年后就業(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 電機在線監(jiān)測原理示意圖

如圖3所示，在電機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端子。電流變送器可以將互感器輸入的AC0—5A電流信號轉(zhuǎn)換為DC4～20mA電流信號。把該直流信號傳輸?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中。通過WINCC上位機軟件進行組態(tài)，完成畫面數(shù)據(jù)、趨勢、報警功能顯示。將電機三相不平衡、過載、停機信號在監(jiān)控畫面上顯示出來，以便于故障診斷。

圖3 電機運行狀態(tài)監(jiān)控畫面

2.4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

（1）畫面顯示功能：該畫面通過WinCC7.5軟件組態(tài)實現(xiàn)在線監(jiān)測系統(tǒng)畫面顯示。對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)畫面數(shù)據(jù)實時顯示、閃爍、報警等功能。電機運行狀態(tài)監(jiān)控畫面見圖3所示。

（2）數(shù)據(jù)邏輯運算功能：對系統(tǒng)采集的電機三相電流信號進行邏輯運算處理，利用采集三相電流數(shù)值求取平均值與采集值進行比較，數(shù)據(jù)超出±10%，進行三相不平衡報警；當采集的電流數(shù)值超出電機額定電流時，通過邏輯比較，實現(xiàn)過載功能；采集的電流值與零電流值比較，實現(xiàn)停機報警功能。

（3）報警記錄功能：系統(tǒng)會實時對所有發(fā)生故障的參數(shù)發(fā)出聲光報警，并提醒點檢人員采取有效控制措施及時處理。

3 系統(tǒng)實際應(yīng)用分析及效果

3.1 實際應(yīng)用分析

圖4為正常情況下加熱爐爐后除磷7#輥道電機A、B、C三相電流趨勢圖。通過對電流曲線進行實時監(jiān)測分析，可以看出輥道電機在加速、減速時，電流會有明顯波動，其他情況下，電機電流曲線比較平滑。

圖4 正常電流趨勢圖

圖5是異常情況下加熱爐爐后除磷7#輥道電機A、B、C三相電流趨勢圖。通過對電流曲線進行實時監(jiān)測分析，可以看出電機A、B、C三相電流不平衡，電流值較以往明顯增大?？梢姡ㄟ^電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)電機故障，并采取有效控制措施，為電機故障早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早預(yù)防提供技術(shù)保障。

圖5 異常電流趨勢圖

3.2 實際應(yīng)用效果

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

（1）實現(xiàn)電機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。該系統(tǒng)能實現(xiàn)24h不間斷地對現(xiàn)場每臺電機電流信號進行采集、分析、處理，并通過畫面、曲線及數(shù)據(jù)表格等形式進行實時顯示，對數(shù)據(jù)進行管理和存儲，以便于對歷史數(shù)據(jù)進行查詢和分析，進一步形成各種趨勢分析結(jié)果。當設(shè)備發(fā)生異常時，還具有聲、光超限報警和梯度報警功能，各種監(jiān)測數(shù)據(jù)可以報表形式隨時進行打??；同時能完成與管理層的實時通信，便于上級主管部門及時掌握機組的運行狀況。

（2）電機三項電流實時數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)接口直接與設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺進行信息交換，或通過工廠數(shù)據(jù)庫與設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺進行信息交換，最終通過設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺進行數(shù)據(jù)分析，為設(shè)備維護人員和設(shè)備管理人員提供輥道運行狀況的技術(shù)支持。

（3）通過設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的實施，實現(xiàn)最佳設(shè)備維修策略，提高設(shè)備可開動率、減少維護成本、提高設(shè)備安全性和可靠性。實現(xiàn)重點設(shè)備在線監(jiān)測，正確評價設(shè)備實際劣化趨勢，準確分析設(shè)備故障原因、及時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，為管理層提供協(xié)調(diào)維護需求與總體運營需求的管理平臺、為執(zhí)行層提供友好、便捷的操作平臺。

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

4 結(jié)語

通過電機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在熱軋2050軋線的運行實踐表明，整套系統(tǒng)可以滿足設(shè)計要求，實現(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)輥道電機電流實時監(jiān)測。該系統(tǒng)具有監(jiān)測電機三相不平衡、過載、停機故障及時報警等功能，通過對電機電流數(shù)據(jù)監(jiān)測分析，及時發(fā)現(xiàn)電機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)備管理人員對電機進行維護管理，降低了因電機故障造成的產(chǎn)品質(zhì)量問題等，從而減少了經(jīng)濟損失。同時，通過對電機電流數(shù)據(jù)監(jiān)測、其他數(shù)據(jù)監(jiān)測、電機維修更換數(shù)據(jù)等的積累，為電機長期穩(wěn)定運行提供寶貴經(jīng)驗，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)。