硅鋼連退機(jī)組急停系統(tǒng)測(cè)試及改造

中冶南方（新余）冷軋新材料技術(shù)有限公司 潘恒韜 劉 濤 沈 平

中冶南方（新余）冷軋新材料技術(shù)有限公司是一家以生產(chǎn)中低牌號(hào)硅鋼為產(chǎn)品的公司。該公司所擁有的連續(xù)退火線使用了一套由西門子S7-315F為平臺(tái)設(shè)計(jì)的獨(dú)立急停系統(tǒng)。通過急停系統(tǒng)與主控TDC系統(tǒng)的通訊協(xié)調(diào)來保證連退機(jī)組在事故時(shí)能快速停車。但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，當(dāng)主控TDC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，因控制失效易造成堆帶、斷帶事故。本次改造對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了有針對(duì)性的功能的測(cè)試及改造。

1.連退線的自控與急停系統(tǒng)的構(gòu)成及原理

1.1 連退線機(jī)組自動(dòng)化設(shè)備分布

連退線機(jī)組分為入口段、入口活套、清洗段、退火爐段、干燥段、出口活套和出口段幾部分。通過開卷機(jī)、卷取機(jī)、入出口活套主卷揚(yáng)、1-7#張力輥維持生產(chǎn)線的運(yùn)行和張力穩(wěn)定。具體分布如圖1所示。

1.2 連退線控制系統(tǒng)組成

連退線自控系統(tǒng)由四部分組成：主令控制系統(tǒng)，順序控制系統(tǒng)，傳動(dòng)控制系統(tǒng)，急停控制系統(tǒng)，HMI人機(jī)畫面系統(tǒng)。主令控制系統(tǒng)是由西門子TDC控制器構(gòu)成，負(fù)責(zé)全線的速度、張力、物料跟蹤等功能。順控系統(tǒng)由西門子S7-400系列PLC構(gòu)成，負(fù)責(zé)全線公輔設(shè)備以及順序控制。傳動(dòng)系統(tǒng)由西門子最新的Sinamics S120系列傳動(dòng)系統(tǒng)組成。急停系統(tǒng)由西門子專門用于安全急停系統(tǒng)的S7-315F系列PLC組成。HMI人機(jī)界面是由兩臺(tái)工程計(jì)算機(jī)搭載WINCC平臺(tái)組成的冗余服務(wù)器，連接現(xiàn)場(chǎng)4臺(tái)客戶機(jī)完成人機(jī)互動(dòng)。

1.3 急停動(dòng)作流程

當(dāng)急停動(dòng)作被觸發(fā)時(shí)。首先由急停系統(tǒng)獲取觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)處理通過profibus-DP網(wǎng)路將其傳給主令控制系統(tǒng)TDC。由TDC分配各段動(dòng)作任務(wù)下發(fā)至S7-400順控系統(tǒng)，同時(shí)將停車速度斜坡發(fā)給傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)接收到速度后執(zhí)行停車動(dòng)作，當(dāng)停車完成后返回完成信號(hào)給主令。主令系統(tǒng)接收到完成信號(hào)后轉(zhuǎn)給急停系統(tǒng)，急停系統(tǒng)接收到完成信號(hào)，或者延時(shí)時(shí)間到后切斷現(xiàn)場(chǎng)ET站輸出信號(hào)供電。

2.使用中存在的問題

圖1 機(jī)組設(shè)備分布圖

在正常生產(chǎn)中急停系統(tǒng)能夠穩(wěn)定正常的工作。但由于TDC系統(tǒng)的不穩(wěn)定，時(shí)常產(chǎn)生死機(jī)故障的情況。在TDC故障的情況下，急停系統(tǒng)由于丟失了中間環(huán)節(jié)導(dǎo)致控制不穩(wěn)定，時(shí)常出現(xiàn)機(jī)組無法正常停車或者雖能停車但堆帶斷帶等情況。給生產(chǎn)、安全、設(shè)備造成了重大的影響，嚴(yán)重制約生產(chǎn)的順行，產(chǎn)品質(zhì)量失控，產(chǎn)生了巨大損失，為此，要求急需對(duì)其進(jìn)行改造與完善。

3.對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的功能測(cè)試

3.1 測(cè)試方案

3.1.1 測(cè)試條件

全線以80m/min的工藝段速度跑帶，帶鋼為調(diào)整材；入出口活套固定保持在40%的套量。涂層機(jī)、測(cè)厚儀離線，涂層機(jī)組接手必須拆除、清洗段所有輥?zhàn)哟蜷_到非工作位置。以上措施以保證測(cè)試時(shí)人員和設(shè)備的安全。

3.1.2 測(cè)試目的

檢測(cè)機(jī)組運(yùn)行時(shí)急停系統(tǒng)的動(dòng)作情況，以及各段連鎖動(dòng)作情況。檢測(cè)運(yùn)行時(shí)抱閘動(dòng)作情況以及動(dòng)作效果。檢測(cè)在控制系統(tǒng)失靈的情況下急停系統(tǒng)的可靠性和動(dòng)作步驟。

3.1.3 主控TDC故障情況下急停系統(tǒng)測(cè)試

(1)全線處于80m/min跑帶狀態(tài)，入出口活套套量保持在40%；

(2)安排電氣人員分別在入出口活套及各張力輥處監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。

(3)安排操作人員在機(jī)組易造成堆帶的位置進(jìn)行監(jiān)控。

(4)切斷TDC電源，通知現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行監(jiān)控并記錄。

(5)切斷TDC電源20秒后，全線所有急停按鈕拍下，各段人員進(jìn)行監(jiān)控并記錄。

(6)觀測(cè)爐輥運(yùn)行情況。

3.2 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)論分析

3.2.1 急停系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)

主要測(cè)試了開卷取機(jī)和7個(gè)張力輥在TDC斷電后運(yùn)行情況，急停拍下后運(yùn)行情況及對(duì)應(yīng)的設(shè)備停止時(shí)間和抱閘動(dòng)作情況。根據(jù)記錄TDC控制器斷電后，操作畫面顏色有變化，正常信號(hào)顏色全部變成灰色，數(shù)據(jù)不更新。TDC控制器無法給傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出減速速度指令，導(dǎo)致電機(jī)只能按自身慣性減速運(yùn)行并最終停車。TDC斷電20秒拍急停按鈕后，電機(jī)按急停斜波減速停車。TDC斷電后無法給抱閘鎖緊信號(hào)，因此抱閘不動(dòng)作。由于各段殘存張力的影響，設(shè)備在停機(jī)后仍然會(huì)以很低的速度運(yùn)行，入口段、入口活套、清洗段、退火爐、干燥爐無明顯堆帶現(xiàn)象，出口活套、卷取機(jī)有明顯堆帶現(xiàn)象。爐輥擺動(dòng)出現(xiàn)無法停止的狀況，以原工藝段速度繼續(xù)運(yùn)行，而同時(shí)退火爐段張力出現(xiàn)急劇增大的情況。測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)退火爐段的張力釋放裝置在失電后沒有縮回，導(dǎo)致停機(jī)狀態(tài)下，張力釋放裝置失效，無法將張力釋放。

3.2.2 測(cè)試結(jié)果及存在的問題

當(dāng)TDC控制器正常工作時(shí)，急停系統(tǒng)能按要求及時(shí)停車，各段張力穩(wěn)定。當(dāng)TDC控制器故障時(shí)，畫面顯示異常，機(jī)組處于失控狀態(tài)，各段張力、速度無法協(xié)調(diào)控制，因此必然出現(xiàn)堆帶現(xiàn)象。拍急停按鈕后傳動(dòng)設(shè)備減速運(yùn)行直至停止。由于主控系統(tǒng)的失靈導(dǎo)致其掛載的張力釋放裝置失效，同時(shí)爐輥失控，使得退火爐段張力急劇增大，可能造成爐內(nèi)斷帶、堆帶等情況。

4.急停系統(tǒng)的改造

4.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)改造

本次改造針對(duì)測(cè)試中出現(xiàn)的退火爐張力急劇增大而張力釋放裝置失效的情況做出了如下調(diào)整。

首先將張力釋放裝置由TDC主控系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)為急停系統(tǒng)控制。通過改造線路，將控制張力釋放裝置升降的氣閥直接連接到急停系統(tǒng)S7-315F的輸出點(diǎn)上。同時(shí)在急停程序中增加張力釋放裝置的控制程序塊FB261。

將原有的控制信號(hào)和急停信號(hào)輸入到新增的FB261張力釋放裝置控制塊中，并增加了延遲動(dòng)作時(shí)間防止因信號(hào)干擾而造成的誤動(dòng)作。

通過將張力釋放裝置功能轉(zhuǎn)移，使其在TDC系統(tǒng)失效的情況下仍能保證正常工作，及時(shí)釋放過大的張力，防止退火爐段因張力過大導(dǎo)致斷帶事故。

4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)改造

TDC系統(tǒng)發(fā)生死機(jī)故障時(shí)，傳動(dòng)控制系統(tǒng)S120與TDC的通訊將中斷，傳動(dòng)系統(tǒng)將無法接收TDC系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，從而造成機(jī)組速度失去控制。TDC死機(jī)過程中S120系統(tǒng)將發(fā)出故障代碼F07220，在S120系統(tǒng)中參數(shù)P2100和P2101分別是故障代碼以及該故障代碼的系統(tǒng)反應(yīng)。因此將P2100[0]設(shè)置為7220，將P2101[0]設(shè)置為2，即當(dāng)S120系統(tǒng)產(chǎn)生故障代碼7220時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入急停狀態(tài)。該方法能在TDC系統(tǒng)死機(jī)時(shí)自動(dòng)急停停車減少事故處理時(shí)間。

5.結(jié)論

在對(duì)急停系統(tǒng)的改造后，重新以相同方式組織測(cè)試，原有的堆帶情況得到極大緩解，退火爐段張力釋放裝置能夠正常動(dòng)作，保證張力可控，爐輥無法停止的情況得到解決。自改造兩年以來，雖TDC控制系統(tǒng)故障仍有發(fā)生，但急停系統(tǒng)很好的保證了機(jī)組在異常狀況下的穩(wěn)定可靠停車，未造成堆帶和斷帶事故。節(jié)約了故障處理時(shí)間，確保了生產(chǎn)的順行，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

本文針對(duì)硅鋼連退機(jī)組急停系統(tǒng)的測(cè)試及改造進(jìn)行了論述。應(yīng)用結(jié)果表明，此次改造思路正確，效果明顯，值得同類企業(yè)改造時(shí)借鑒。

[1]SINAMICS S120/S150 List Manual(LH1),11/2009.

[2]鮑伯祥,陸章杰,王世寧.西門子TDC編程及應(yīng)用指南[M].北京航空航天大學(xué)出版社.