西門子S7－300PLC在直流電機(jī)電流監(jiān)視系統(tǒng)上的應(yīng)用

1   簡介
    軋鋼廠中小型車間是萊鋼引進(jìn)的具有20世紀(jì)90年代*水平的中小型型材生產(chǎn)線，年設(shè)計產(chǎn)量45萬噸。成套生產(chǎn)設(shè)備由意大利DANIELI公司提供，三電設(shè)備由ABB公司提供，設(shè)備生產(chǎn)能力強(qiáng)，工藝技術(shù)新，控制水平高。全線共有18架軋機(jī)，包括剪子和冷床、擺剪區(qū)域設(shè)備，共有110KW以上直流電機(jī)26臺套，去年該條生產(chǎn)線全年產(chǎn)量達(dá)到96萬噸。
    隨著車間產(chǎn)能的提升和軋制節(jié)奏的加快，作為車間動力系統(tǒng)核心的直流電機(jī)成為決定軋線提速和工藝穩(wěn)定順行的重要因素。軋機(jī)電流的變化狀態(tài)直接關(guān)系到直流電機(jī)工作性能和軋線工藝的穩(wěn)定順行。同時為了適應(yīng)軋線提速的要求，鋼坯在出爐和軋制過程中的溫度控制也提出了更高的要求。軋制過程溫度的變化，直接決定著軋機(jī)負(fù)荷的變化。
    ABB傳動調(diào)試工具DDCTOOL中雖然可以調(diào)出每臺直流電機(jī)的電流顯示值，但是由于軟件版本的限制，DDCTOOL只能單獨(dú)查看一臺電機(jī)的電流值，不能同時看到若干臺電流的變化情況，而且不同軋機(jī)電流顯示的切換，需要多步操作才能完成，給設(shè)備維護(hù)人員對設(shè)備監(jiān)控帶來很大不便。
    自動化部操作站雖然能夠同時顯示多臺軋機(jī)電流值，但是由于受到CPU掃描周期的限定，它不能實(shí)時存儲電流值，也沒有歷史曲線的功能，對于設(shè)備發(fā)生故障以后的原因分析和判斷不能起到有效的參考價值。
2   方案的確定
    為了對軋線主電機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行有效跟蹤和監(jiān)視，同時為了適應(yīng)工藝設(shè)備的改造，便于分析工藝調(diào)整參數(shù)的科學(xué)性，采用先進(jìn)手段對主機(jī)電流值進(jìn)行采集和存儲，提高了設(shè)備故障分析的針對性，為技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)支持，我們根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備狀況，結(jié)合ABB傳動設(shè)備的結(jié)構(gòu)，決定對軋線軋機(jī)主電機(jī)設(shè)備的電流數(shù)值進(jìn)行實(shí)時采集和存儲。
    首先我們計劃選用電流互感器通過高速數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)信號傳送到工控機(jī)處理，再通過系統(tǒng)軟件換算成與實(shí)際相對應(yīng)的電流值顯示出來。此方案工程量大，需要敷設(shè)電纜的數(shù)量較多，而且信號采集過程中容易受到干擾而造成失真。同時系統(tǒng)中所用的電流互感器價格昂貴，而且不易更換與維護(hù)。
                
    經(jīng)過討論分析，zui后我們計劃采用當(dāng)前流行的PLC進(jìn)行電流數(shù)據(jù)的采集和存儲，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)電流實(shí)時監(jiān)視。該項(xiàng)目采用西門子S7－300為主控制器，以Wincc6.0為組態(tài)軟件，在原ABB傳動柜基礎(chǔ)上實(shí)時采集各臺軋機(jī)電機(jī)的電流。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：
              
    系統(tǒng)直接從DCV傳動柜A10板的（X4：5，6）端子采集0－10V電壓信號，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC與上位機(jī)的通訊，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)快速傳送和實(shí)時更新。
3   方案的實(shí)施
    3.1軟、硬件選型：
   考慮到系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能，我們選擇了如下主要軟、硬件配置：
                        
    3.2硬件安裝與組態(tài)
    硬件模板采用標(biāo)準(zhǔn)配制導(dǎo)軌安裝，模板之間采用總線連接片進(jìn)行連接，電源進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)接地保護(hù)。模擬量輸入模板起始組態(tài)地址為：272，每塊模板8個模擬量輸入通道，輸入數(shù)據(jù)類型為0－10V電壓信號，組態(tài)畫面如下：

                                       圖3 硬件組態(tài)畫面
    3.3畫面制作
     按照軋線工藝布局設(shè)計制做主畫面，在數(shù)值顯示的基礎(chǔ)上增加柱狀電流顯示功能，同時設(shè)置自動過流報警功能，當(dāng)某臺設(shè)備過流時柱狀畫面顏色變紅，提示值班人員注意。

                                   圖4 系統(tǒng)主畫面
   設(shè)置每臺直流電機(jī)的電流歷史曲線，用戶可以任意添加和選擇某一臺電機(jī)來觀察它的歷史狀態(tài)和實(shí)時趨勢。

                                       圖5 歷史曲線圖
    3.4功能擴(kuò)展
    采用電流放大器將35KV高壓系統(tǒng)的儀表測量回路電壓、電流數(shù)據(jù)采集到該系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控和存儲。

                                   圖6 35KV高壓系統(tǒng)電流監(jiān)視

4  應(yīng)用效果
    中小型軋機(jī)電流監(jiān)視系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施以后，*解決了軋機(jī)電流狀態(tài)監(jiān)視的缺陷，為設(shè)備維護(hù)人員提供了有效的狀態(tài)分析和判斷手段。值班人員可以通過該系統(tǒng)中電流曲線的變化趨勢提前預(yù)知設(shè)備的異常狀態(tài)，并及時作出反應(yīng)和采取有效措施杜絕故障的擴(kuò)大。另外當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時通過調(diào)用歷史曲線可以清楚看到故障發(fā)生時設(shè)備的工作狀態(tài)，有利于故障原因的排查和確定問題解決的方向。
5 研究和改進(jìn)方向
    在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加AO模塊，實(shí)現(xiàn)重要部位交流電機(jī)電流檢測功能。同時充分利用車間生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺的資源優(yōu)勢，增加網(wǎng)絡(luò)功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息共享，達(dá)到遠(yuǎn)程維護(hù)與狀態(tài)分析的目的。