李英杰

摘 要：通過(guò)介紹4300寬厚板粗軋機(jī)及精軋機(jī)控制系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)配置，主要介紹西門(mén)子SMl50的IGCT功率元件、水冷系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、硬件配置、主要功能等，說(shuō)明西門(mén)子SMl50在4300寬厚板粗軋機(jī)及精軋機(jī)的重要作用。以精軋機(jī)SM150傳動(dòng)系統(tǒng)預(yù)防性深度維護(hù)保養(yǎng)為例，通過(guò)對(duì)元器件的清掃與檢測(cè)、對(duì)相模塊進(jìn)行徹底清潔與檢測(cè)、進(jìn)行系統(tǒng)檢查與測(cè)試、對(duì)內(nèi)部電路板、功率器件進(jìn)行拆解清潔，設(shè)備在機(jī)調(diào)試等過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的主要設(shè)備隱患，介紹了SM150主傳動(dòng)深度維護(hù)的方法步驟及檢測(cè)方法，提出合理的解決方法。通過(guò)預(yù)防性深度維護(hù)保養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)的故障隱患及維護(hù)后的使用效果，說(shuō)明預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)的重要性，預(yù)防性維護(hù)是消除設(shè)備故障隱患，保障設(shè)備運(yùn)行可靠性的重要方法，以期為今后的使用維護(hù)提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：4300寬厚板；SM150；維護(hù)策略

APPLICATION AND MAINTENANCE STRATEGY ANALYSIS OF SIEMENS SM150 ON 4300 WIDE AND HEAVY PLATE MILL

Li Yingjie

（SD Steel Rizhao Co.， Ltd.? ? Rizhao? ? 276800， China）

Abstract：By introducing the control system and transmission system configuration of 4300 wide and thick plate roughing mill and finishing mill， this paper mainly introduces the structure， hardware configuration and main functions of Siemens SMl50 IGCT power element， water cooling system， excitation system and control system， and explains the important role of Siemens SMl50 in 4300 wide and thick plate roughing mill and finishing mill. Taking the preventive in-depth maintenance of SM150 drive system of finishing mill as an example， through the cleaning and testing of components， the thorough cleaning and testing of phase module， the system inspection and testing， the disassembly and cleaning of internal circuit board and power components， and the main equipment hidden dangers found in the process of equipment debugging on the machine， this paper introduces the methods， steps and testing methods of in-depth maintenance of SM150 main drive， and puts forward reasonable solutions. Through the hidden trouble found in the preventive in-depth maintenance and the use effect after maintenance， the importance of preventive maintenance is explained. Preventive maintenance is an important method to eliminate the hidden trouble of equipment and ensure the reliability of equipment operation， in order to provide some help for future use and maintenance.

Key words：4300 wide and thick plate; SM150; maintenance strategy

1? ? 4300寬厚板軋機(jī)控制系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)配置

4300寬厚板粗軋機(jī)及精軋機(jī)主電機(jī)控制系統(tǒng)配置了2套TDC自動(dòng)化控制系統(tǒng)（L1級(jí)）、2個(gè)HMI操作站、2個(gè)工程師站、1臺(tái)模型計(jì)算機(jī)及1臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)（L2級(jí)）、4套西門(mén)子SMl50傳動(dòng)系統(tǒng)。西門(mén)子SMl50通過(guò)Profibus—DP與TDC自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制器通信，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的主從連接。

粗軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由2臺(tái)粗軋機(jī)主電機(jī)、2套主傳動(dòng)系統(tǒng)西門(mén)子SMl50、2套主電機(jī)冷卻水系統(tǒng)、1套電機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)、1套工程師站組成。2臺(tái)粗軋機(jī)主電機(jī)均為雙繞組結(jié)構(gòu)，各由1套西門(mén)子SMl50控制，配備1套水冷裝置和1套勵(lì)磁裝置。粗軋機(jī)主電機(jī)控制主回路如圖1所示[1]。

精軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)跟粗軋機(jī)配置相同，區(qū)別是精軋機(jī)主電機(jī)均為三繞組結(jié)構(gòu)。精軋機(jī)主電機(jī)控制主回路如圖2所示。

2? ? 西門(mén)子SMl50主要配置及控制功能

SM系列為中壓系列，功率元件主要采用IGCT（IGCT為模塊結(jié)構(gòu)，拆裝方便且非常適用于大功率環(huán)境）。主要包括整流器和逆變器兩部分。其中整流器用于將變壓器二次側(cè)恒頻恒幅交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓，此直流電壓有三個(gè)等級(jí)分別為“AM”（+）、“M”、“KM”（-）。逆變器用于將直流電壓轉(zhuǎn)化為頻率和幅度可變化的三項(xiàng)交流電壓并供給電機(jī)定子線(xiàn)圈。交流變頻單元的控制器主要由控制傳動(dòng)部分的SIMOTION D445和控制整流部分的SIMOTION CX32組成[2]。

2.1? ? 主要配置

1）IGCT功率元件。

整流器和逆變器都由三個(gè)相同的相模塊組成（見(jiàn)圖3），每個(gè)相模塊包含四個(gè)IGCT（見(jiàn)圖4）。在相位模塊的上下側(cè)均有導(dǎo)軌，方便模塊故障時(shí)快速更換。IGCT功率元件的觸發(fā)單元安裝在相位模塊前端。為提高通信穩(wěn)定性和快速性，CPU和觸發(fā)模板通過(guò)光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。冷卻水流過(guò)IGCT功率元件兩側(cè)對(duì)其實(shí)施雙面冷卻。

2）水冷系統(tǒng)。

每套SM150傳動(dòng)系統(tǒng)配備1套水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)由內(nèi)、外循環(huán)水系統(tǒng)組成，為water-water冷卻模式，水溫保持在25 ℃左右。在內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)中，水的導(dǎo)電率（冷卻水導(dǎo)電率低于0.7 tLS／cm）由特制的去離子劑降低。冷卻水經(jīng)內(nèi)循環(huán)冷卻后被循環(huán)泵送入功率單元對(duì)IGCT功率元件進(jìn)行冷卻。

3）勵(lì)磁系統(tǒng)。

由于主傳動(dòng)電機(jī)為交流同步電機(jī)，要求有單獨(dú)的勵(lì)磁回路。西門(mén)子SMl50采用外部勵(lì)磁模式，勵(lì)磁控制單元主要由西門(mén)子6RA70直流調(diào)速裝置組成，勵(lì)磁電流由D445控制器控制。勵(lì)磁單元主要為電機(jī)勵(lì)磁線(xiàn)圈提供勵(lì)磁電源。

4）控制系統(tǒng)。

SM150主傳動(dòng)控制系統(tǒng)主要由D445模塊、SMC30、AVT、VSM10及IBA數(shù)據(jù)記錄模塊組成。

D445控制器有8個(gè)數(shù)字量I/O接口，其中4個(gè)為快速輸出接口，2個(gè)為以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口，2個(gè)為Profibus-DP通信接口（一個(gè)接主機(jī)，一個(gè)作為DP和MPI的通用接口）；現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)包含了2個(gè)Profibus-DP（DP網(wǎng)絡(luò)通信）、2個(gè)Profinet（網(wǎng)絡(luò)通信）和4個(gè)DRIVE-CLIQ（傳動(dòng)內(nèi)部通信）； D445處理器集成了4個(gè)CPU芯片，通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元的控制。

SMC30是速度檢測(cè)模塊，主要用于接收電機(jī)編碼器反饋回來(lái)的速度信號(hào)，從而掌握電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度。電壓、電流檢測(cè)模塊AVT主要用于將檢測(cè)到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后通過(guò)光纖發(fā)送給D445控制器。電壓檢測(cè)模塊VSMl0主要用于檢測(cè)電網(wǎng)側(cè)的電壓、頻率和相位狀態(tài)。IBA數(shù)據(jù)記錄模塊用來(lái)記錄電樞電流、勵(lì)磁電流、速度、溫度等參數(shù)，以便實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)并收集電機(jī)數(shù)據(jù)。在西門(mén)子SMl50中，IBA數(shù)據(jù)記錄模塊可收集512個(gè)模擬量數(shù)據(jù)、512個(gè)數(shù)字量數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到工程師站。

2.2? ? 控制功能

西門(mén)子SMl50的中壓系統(tǒng)采用三電平控制。輸入功率因數(shù)高、輸出頻率高、無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償、減少高次諧波，即使是在低速時(shí)，輸出的負(fù)載電流也連續(xù)，可保證最佳正弦波電流和電壓利用率以及較低的開(kāi)關(guān)頻率，由此使電機(jī)獲得高效率和低應(yīng)力。SM150可將轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩精確控制到所需的值，即使在負(fù)載迅速變化時(shí)也一樣。

3? ? 西門(mén)子SMl50維護(hù)策略分析

4300寬厚板精軋機(jī)SM150傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行中多次出現(xiàn)相模塊損壞故障，造成產(chǎn)線(xiàn)停機(jī)故障。設(shè)備維護(hù)水平直接影響著設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，SM150傳動(dòng)系統(tǒng)要堅(jiān)持日常點(diǎn)檢、定期檢修維護(hù)，通過(guò)日常維護(hù)來(lái)保障設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。除日常維護(hù)外，更要定期進(jìn)行預(yù)防性深度維護(hù)，徹底消除設(shè)備故障隱患，保障設(shè)備運(yùn)行可靠性。以精軋機(jī)SM150傳動(dòng)系統(tǒng)預(yù)防性深度維護(hù)保養(yǎng)為例，說(shuō)明預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)的重要性。

4300寬厚板精軋機(jī)主傳動(dòng)柜采用2套西門(mén)子SM150交直交中壓變頻器，2008年在濟(jì)南投入使用，2017年搬遷到日照精品基地，此前從未進(jìn)行過(guò)預(yù)防性深度維護(hù)保養(yǎng)。2021年利用中修時(shí)間對(duì)精軋機(jī)SM150傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性深度維護(hù)保養(yǎng)，主要包括元器件的清掃與檢測(cè)、對(duì)相模塊進(jìn)行徹底清潔與檢測(cè)、進(jìn)行系統(tǒng)檢查與測(cè)試、對(duì)內(nèi)部電路板、功率器件進(jìn)行拆解清潔，設(shè)備在機(jī)調(diào)試等。

通過(guò)深度維護(hù)檢查出許多問(wèn)題，主要包括整流元件IGCT集成觸發(fā)板元件過(guò)熱、二極管反向耐壓阻值降低、直流母排絕緣開(kāi)裂、電抗器鼓包、勵(lì)磁裝置內(nèi)勵(lì)磁板絕緣漆老化、相模塊內(nèi)絕緣片爬電嚴(yán)重等，通過(guò)更換備件及接線(xiàn)絕緣處理等。采用年修深度維護(hù)方式，將發(fā)現(xiàn)的隱患問(wèn)題解決，保障了傳動(dòng)系統(tǒng)階段性運(yùn)行穩(wěn)定。

3.1? ? 現(xiàn)場(chǎng)柜內(nèi)元器件解體清潔維護(hù)

使用毛刷和吸塵器徹底清掃柜內(nèi)粉塵，無(wú)法接觸的位置則使用干燥的壓縮空氣清除。將 IGCT 模塊從柜體內(nèi)拆除，并進(jìn)行清潔；對(duì)拆解下來(lái)的電路板、功率器件等用專(zhuān)用清洗劑進(jìn)行清洗。對(duì)內(nèi)部連接母排、散熱片等用清洗劑進(jìn)行深度清潔；對(duì)水冷設(shè)施及柜體進(jìn)行必要的清潔。清理電氣柜過(guò)濾棉，將柜體原有密封條進(jìn)行清理并重新密封完好，改善柜體內(nèi)部環(huán)境，防止粉塵等進(jìn)入。清潔后，效果明顯，如圖所示。

3.2? ? IGCT相模塊檢測(cè)

相模塊置于穩(wěn)固、絕緣底座上，測(cè)試二極管

1 000 V 反向耐壓阻值，對(duì)電容、電阻元件性能測(cè)量，測(cè)量光纖質(zhì)量。檢查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題如下：

1）功率單元IGCT集成觸發(fā)電路板上，存在元件發(fā)熱現(xiàn)象，造成IGCT性能下降，存在工作時(shí)損壞隱患（見(jiàn)圖7、圖8）。

2）相模塊內(nèi)絕緣片爬電嚴(yán)重，此絕緣片分隔AM＼KM與M，爬電使絕緣下降，增加AM＼KM與M之間短路的可能。

3）相模塊IGCT反并聯(lián)二極管反向耐壓阻值較低，新備件阻值約140～150 MΩ，技術(shù)要求在線(xiàn)使用二極管反向耐壓阻值大于50 MΩ，檢測(cè)出部分二極管反向耐壓阻值有的已降低至0.8 MΩ，存在擊穿風(fēng)險(xiǎn)（見(jiàn)圖9）。

4）勵(lì)磁裝置內(nèi)勵(lì)磁板上絕緣漆老化出現(xiàn)裂痕，導(dǎo)致性能下降（見(jiàn)圖10）。

3.3? ? 功能測(cè)試

安裝恢復(fù)完成后，主要對(duì)柜門(mén)限位開(kāi)關(guān)、漏水檢測(cè)傳感器、輔助風(fēng)機(jī)等進(jìn)行測(cè)試。對(duì)相模塊進(jìn)行GSV測(cè)試，IGCT狀態(tài)正常。對(duì)水冷系統(tǒng)進(jìn)行檢查，壓力、電導(dǎo)率、水溫、流量等傳感器正常，無(wú)漏水現(xiàn)象。之后對(duì)充放電回路測(cè)量，測(cè)量結(jié)果正常，如圖11所示。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

SM150傳動(dòng)系統(tǒng)是軋線(xiàn)最關(guān)鍵傳動(dòng)控制系統(tǒng)，維護(hù)人員需做好各方面設(shè)備維護(hù)工作，通過(guò)不斷提高預(yù)防性維護(hù)的精準(zhǔn)性來(lái)保障SM150傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。預(yù)防性維護(hù)是消除設(shè)備故障隱患，保障設(shè)備運(yùn)行可靠性的重要方法。經(jīng)過(guò)本次深度維護(hù)后，精軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有效提高了設(shè)備作業(yè)率，保障產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 李淑芬.西門(mén)子SMl50在2050熱軋粗軋機(jī)上的應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2013（6）：38-39.

[2]? ? 葛鵬.西門(mén)子SIMATIC SM150在主傳動(dòng)上的應(yīng)用[J].卷宗，2014（10）：304-304.