1 500 mm寬帶軋機主電機在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

張春燕，時元海，李 斌

(1．萊鋼集團機動設備部，山東 萊蕪 271104;2．萊鋼集團銀山型鋼板帶廠，山東 萊蕪 271104)

1 前言

萊鋼1 500 mm寬帶生產(chǎn)線有8臺交交變頻主傳動同步電動機及3套附屬潤滑站設備，屬寬帶生產(chǎn)線核心設備。由于機組長期連續(xù)、高效運轉，容易出現(xiàn)軸瓦超溫、風壓、水壓異常、定子溫度異常、振動異常等故障。如不能及時發(fā)現(xiàn)這些事故隱患，則極易造成停機事故，嚴重時可能造成人身和設備事故，給生產(chǎn)帶來嚴重損失。因此，如何更好地監(jiān)測設備運行狀況，及時、準確地發(fā)現(xiàn)事故隱患顯得尤為重要。

萊鋼集團銀山型鋼板帶廠利用西門子S7-400等編程控制器開發(fā)了在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，經(jīng)過一年多的運行實踐，取得了良好的效果。

2 系統(tǒng)概況

2.1 原設備狀況

原主傳動電機設備運行參數(shù)大多數(shù)在控制室內(nèi)儀表盤上顯示，且其中一部分進入主傳動程序參與控制。但對電機狀況無數(shù)據(jù)顯示，三套潤滑站系統(tǒng)同樣僅有指示燈、儀表等顯示儀器，無法對設備運行情況進行很好地觀測。

2.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)原理

結合現(xiàn)場電機運行情況、實際設備，建立相應的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其監(jiān)測系統(tǒng)的原理如下。

安裝在主傳動電機及潤滑站各部位的信號傳感器用于采集各種現(xiàn)場實時信號(如定子溫度、軸瓦溫度、風壓、水流量、潤滑站壓力等)，采集到的信號進入現(xiàn)場的分站，經(jīng)過通訊線傳輸?shù)絇LC主站進行處理，經(jīng)處理后通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)送入計算機。在計算機內(nèi)利用人機界面將數(shù)據(jù)顯示。將計算機放在值班室，值班人員可以很直觀地看到現(xiàn)場電機運行狀況、潤滑站壓力波動情況等。開發(fā)軟件中的數(shù)據(jù)趨勢記錄功能，使其能夠提供數(shù)據(jù)查詢，以便于進行總結、比較和進一步分析。

2.3 系統(tǒng)組成

根據(jù)系統(tǒng)要求，本在線監(jiān)測系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)采用一套西門子的S7-400可編程控制器。根據(jù)現(xiàn)場主電機位置情況以及信號點的數(shù)目情況，每兩個主機使用一個ET200分站，對于三個潤滑站采用S7-400主站直接掛S7-300從站的形式。S7-400主站與2個PC站(上位機)用以太網(wǎng)實現(xiàn)通訊。這樣既保證了PLC系統(tǒng)的可靠性，又節(jié)省了成本。

3 系統(tǒng)配置

3.1 硬件配置

本系統(tǒng)是建立在S7-400控制器和工控機平臺之上的分布式系統(tǒng)。整個系統(tǒng)設計由兩級網(wǎng)絡組成，一是自動化以太網(wǎng)絡控制級，二是基礎自動化現(xiàn)場總線控制級。

系統(tǒng)硬件配置圖和S7-400硬件組態(tài)圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 系統(tǒng)硬件配置圖

圖2 S7-400硬件組態(tài)圖

(1)自動化以太網(wǎng)絡控制(第一級)。以S7-400PLC系統(tǒng)作為控制核心，由兩臺上位機、PLC控制單元加以太網(wǎng)卡等組成工業(yè)以太網(wǎng)，監(jiān)控站利用組態(tài)軟件WinCC實現(xiàn)對工作現(xiàn)場的監(jiān)測控制，通過 ET200分布I/O通信對溫度、壓力等參數(shù)進行采集，上位機將實時數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集處理并做數(shù)據(jù)保存，對整個系統(tǒng)實現(xiàn)在線遠程監(jiān)測診斷功能。

(2)基礎自動化現(xiàn)場總線控制(第二級)。PROFIBUS－DP網(wǎng)絡是網(wǎng)絡集成的最底層，主要是連接現(xiàn)場設備。主站S7-400PLC通過 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡與各從站通信，現(xiàn)場檢測元件將信號傳輸給現(xiàn)場ET200和S7-300從站，再通過通信傳送到主站PLC。PROFIBUS-DP主要用于工業(yè)自動化系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳送，實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制功能。

3.2 軟件設計

計算機操作系統(tǒng)采用 Windows 2000 Professional中文版本，上位機監(jiān)控軟件采用 WinCC 6.0組態(tài)軟件來實現(xiàn)。

3.3 系統(tǒng)功能

(1)畫面顯示功能。采用西門子WinCC 6.0軟件對進入RLC程序的各種參數(shù)進行組態(tài)編輯。運行狀態(tài)實現(xiàn)實時動態(tài)、閃爍、變色等功能，實時監(jiān)測包括潤滑泵狀態(tài)、啟停運行狀態(tài)、壓力狀態(tài)、溫度等。主機潤滑站狀態(tài)監(jiān)控如圖3所示。

(2)數(shù)據(jù)處理功能。對系統(tǒng)采集的各種信號進行處理，利用各種計算功能、數(shù)據(jù)變換功能等實現(xiàn)。以圖4中電機溫度數(shù)據(jù)的顯示進行說明，接入溫度信號的最初數(shù)據(jù)為模擬量，經(jīng)過模擬量與數(shù)字量轉換，轉換后數(shù)據(jù)為字符串格式，再由字符串格式轉換為實數(shù)格式。整個轉換過程在程序中實現(xiàn)。主電機本體運行狀態(tài)如圖4所示。

(3)報警記錄功能。實時地發(fā)出所有發(fā)生故障的參數(shù)的聲光報警，提醒值班人員及時采取相應的措施進行處理。

(4)報表功能與歷史趨勢功能。根據(jù)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)可匯制報表和歷史趨勢圖，以便隨時進行查看。

4 在線監(jiān)測系統(tǒng)應用效果

自主傳動電機及潤滑站系統(tǒng)安裝在線狀態(tài)監(jiān)測以來，運行平穩(wěn)可靠、監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、操作使用方便，收到了良好的效果;同時也使設備管理進一步規(guī)范化和合理化，為推廣這種先進的設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)了對設備運行狀態(tài)的動態(tài)管理。實時監(jiān)測系統(tǒng)能實現(xiàn)24 h不間斷地對現(xiàn)場機組各測點的溫度、油壓、設備狀態(tài)等過程參數(shù)進行在線監(jiān)測并通過各種圖形、曲線及數(shù)據(jù)表格等形式進行動態(tài)顯示，對有關數(shù)據(jù)進行存貯和分類管理，進一步形成各種趨勢分析結果;當設備運行異常時，聲、光超限報警和梯度報警功能報警;各種監(jiān)測結果可以監(jiān)測報表形式隨時進行打印;同時能完成與管理機的實時通信，便于上級主管部門及時掌握機組的運行狀況。

(2)科學、準確地分析診斷設備在線故障。系統(tǒng)配置的智能故障診斷系統(tǒng)能識別在線監(jiān)測系統(tǒng)提供的運行設備各種特征參數(shù)及其變化，為設備維護和管理人員合理決策提供可靠的依據(jù)。

(3)提高了設備作業(yè)率，降低了崗位操作人員的勞動強度，延長了設備的使用壽命。在安裝在線監(jiān)測之前，設備值班人員每天每小時須對主傳動電機各種信號及潤滑站壓力、電流等進行點檢，設備稍有異常，值班人員就將巡檢次數(shù)增加，并且還要認真詳細記錄大量有關的數(shù)據(jù)。實施在線監(jiān)測之后，值班人員足不出戶就能對設備狀態(tài)了若指掌。而且根據(jù)在線數(shù)據(jù)對一些異?，F(xiàn)象進行分析、判斷，可以避免許多不必要的停機。

(4)能夠及時發(fā)現(xiàn)設備故障，避免了多次設備停機。在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)設備隱患，并能夠根據(jù)曲線進行分析，從而制定相應的措施，避免重大設備故障。