西門(mén)子傳動(dòng)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化

朱衛(wèi)紅

摘 要：河鋼集團(tuán)宣鋼公司型材車間該項(xiàng)目來(lái)源于河鋼集團(tuán)宣鋼公司型材車間電氣設(shè)備在線運(yùn)行10年，部分電氣設(shè)備老化，功率降低，故障頻繁發(fā)生，影響正常生產(chǎn)順利進(jìn)行。經(jīng)測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)型材生產(chǎn)線電氣系統(tǒng)存在大量設(shè)備隱患，主要問(wèn)題出現(xiàn)在DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置、接地系統(tǒng)。在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，不定期就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，隨機(jī)出現(xiàn)通訊故障和變頻器故障，造成系統(tǒng)停車。一旦出現(xiàn)該類故障，就會(huì)使軋機(jī)里堆鋼，對(duì)設(shè)備損害非常嚴(yán)重，而且處理起來(lái)時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響工廠的正常生產(chǎn)運(yùn)行。針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了細(xì)致的排查，通過(guò)對(duì)DP網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和變頻器升級(jí)改造從而處理了此故障，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS-DP 6SE70傳動(dòng)裝置 PLC

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（c）-0162-03

宣鋼型材生產(chǎn)線工程是全連軋，建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)70萬(wàn)噸合格角槽鋼礦用U型鋼及大規(guī)格圓鋼。宣鋼型材車間電氣設(shè)備在經(jīng)過(guò)10年使用后，部分電氣故障率高，重復(fù)性故障發(fā)生頻繁，影響正常生產(chǎn)順利進(jìn)行。

1 故障現(xiàn)象

型材線在生產(chǎn)過(guò)程中，由于設(shè)計(jì)、環(huán)境等諸多因素的影響，并隨著電氣設(shè)備的老化電氣事故不斷增多。主要問(wèn)題在DP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置、接地系統(tǒng)，通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)測(cè)試軟件Profitrace測(cè)試，重新設(shè)置DP網(wǎng)絡(luò)，重新敷設(shè)對(duì)加屏蔽防護(hù)，6SE70逆變器技改后，使型材電氣設(shè)備故障率大幅降低，保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 故障分析

根據(jù)故障現(xiàn)象分析原因如下。

2.1 PLC的DP網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題

由于網(wǎng)絡(luò)中斷，導(dǎo)致軋機(jī)區(qū)急停信號(hào)進(jìn)入PLC，從而使全線軋機(jī)停車堆鋼，編碼器信號(hào)纜和PLC的總線電纜受到動(dòng)力纜的干擾；由于前期設(shè)計(jì)不完善以及施工不嚴(yán)謹(jǐn)，使得編碼器信號(hào)纜和總線電纜在敷設(shè)時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格按照DP電纜布置說(shuō)明施工?？偩€電纜連接頭連接不好；由于前期施工時(shí)沒(méi)有使用DP線剝線的專用工具，而使用電工刀和鉗子等工具，可能在剝DP線時(shí)對(duì)銅芯造成傷害。總線電纜信號(hào)衰減，經(jīng)過(guò)幾年的使用后，IM通訊模塊有可能出現(xiàn)功能減退等問(wèn)題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

2.2 6SE70逆變器故障處理問(wèn)題

型材生產(chǎn)線主、輔交流傳動(dòng)設(shè)備均采用西門(mén)子6SE70變頻系統(tǒng)，精整、收集傳動(dòng)設(shè)備是以多臺(tái)逆變器共用整流裝置供電方式的交-直-交變頻方式。在實(shí)際使用中，由于負(fù)荷量大或現(xiàn)場(chǎng)因素極容易造成逆變器頻繁過(guò)載、過(guò)流，對(duì)設(shè)備損害非常嚴(yán)重，容易造成逆變器內(nèi)部IGBT組件擊穿，從而減少裝置的使用壽命。在更換過(guò)程中，由于安全起見(jiàn)，需整體停電（將整流裝置電源拉閘），然后待放電結(jié)束后，才可斷開(kāi)各個(gè)裝置的分送電刀熔開(kāi)關(guān)。這樣，更換逆變器處理故障的時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)，影響精整、收集整體設(shè)備的運(yùn)行，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2.3 接地問(wèn)題

型材主電室接地系統(tǒng)較差，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的接地要求，易對(duì)通訊信號(hào)的傳輸造成干擾，使系統(tǒng)通訊重故障。

3 故障解決辦法

根據(jù)以上故障原因分析結(jié)果，特提出以下解決辦法。

3.1 PLC的DP網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題的處理

①通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)測(cè)試軟件Profitrace測(cè)試軋線PLC就地遠(yuǎn)程站路DP網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)路順序：CPU（2）→三號(hào)臺(tái)（9）→精軋遠(yuǎn)程站右（4）→精軋遠(yuǎn)程站左（3）→軋機(jī)液壓站（6）→粗軋遠(yuǎn)程站（5），DP網(wǎng)絡(luò)電壓（CPU處測(cè)試），改波特率500 Kbps至187.5 Kbps，分別在CPU、精軋遠(yuǎn)程站（3）（4）和粗軋遠(yuǎn)程站（5），發(fā)現(xiàn)信號(hào)不正常，并依次甩掉各個(gè)遠(yuǎn)程站，測(cè)試波形，發(fā)現(xiàn)信號(hào)依然不正常。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果決定采取以下改造措施：①在精軋遠(yuǎn)程站（3）后加中繼器；②更換粗軋遠(yuǎn)程站（5）IM153模板；③更改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)路順序由原來(lái)CPU（2）→三號(hào)臺(tái)（9）→精軋遠(yuǎn)程站右（4）→精軋遠(yuǎn)程站左（3）→軋機(jī)液壓站（6）→粗軋遠(yuǎn)程站（5），改為CPU（2）→精軋遠(yuǎn)程站右（4）→精軋遠(yuǎn)程站左（3）→軋機(jī)液壓站（6）→粗軋遠(yuǎn)程站（5），精軋遠(yuǎn)程站左（3）→三號(hào)臺(tái)（9）。

③降低原來(lái)的DP通訊速率，由原來(lái)的500Kbps降低為現(xiàn)在的187.5Kbps，使其降低故障發(fā)生率。④延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文故障時(shí)間，由1ms改為1000ms，降低逆變裝置網(wǎng)絡(luò)重故障。⑤將PROFIBUS-DP連接頭改為光電隔離連接，進(jìn)一步將電磁干擾對(duì)DP網(wǎng)絡(luò)的影響降低；使用了FastConnect（DP網(wǎng)頭專用工具）并在做好的DP頭上加錫，消除網(wǎng)絡(luò)接頭處接觸不良引起的信號(hào)問(wèn)題。⑥更換部分干擾較為嚴(yán)重的編碼器信號(hào)纜和總線電纜，重新鋪設(shè)。⑦網(wǎng)絡(luò)路末端裝置上加裝端結(jié)PROFIBUS的電阻，使其起到屏蔽干擾的作用。

改造后網(wǎng)絡(luò)各站電壓基本恢復(fù)正常。改造前后對(duì)比圖如下。

3.2 6SE70逆變器故障處理的方法及應(yīng)急措施

造成逆變器故障原因有以下情況電機(jī)故障、負(fù)荷線路故障、電機(jī)運(yùn)行時(shí)重啟動(dòng)、啟動(dòng)時(shí)加速時(shí)間過(guò)短，針對(duì)以上原因我們采取如下應(yīng)急措施：

（1）硬件方面：凡現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)側(cè)未加裝保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)的均根據(jù)電機(jī)容量及逆變器容量，結(jié)合實(shí)際使用中負(fù)荷的分布情況，選擇合適容量的空開(kāi)加裝。這樣，一方面多一級(jí)保護(hù)，另一方面，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)及時(shí)斷掉負(fù)荷電源，實(shí)現(xiàn)安全維護(hù)。一般情況選取電機(jī)額定電流的1.8倍作為安裝現(xiàn)場(chǎng)空氣開(kāi)關(guān)的選取值。對(duì)于用于驅(qū)動(dòng)多臺(tái)變頻電機(jī)的裝置，我們采取在逆變器輸出側(cè)增加電抗器容量，以補(bǔ)償對(duì)地容性電流，從而降低電機(jī)電壓，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩，對(duì)逆變器起到更好的保護(hù)作用。

（2）參數(shù)方面：針對(duì)經(jīng)常報(bào)故障F011（過(guò)流）、F015（堵轉(zhuǎn)）、F006（直流母線過(guò)壓）、F008（直流母線欠壓）這一現(xiàn)象。對(duì)于啟動(dòng)過(guò)程，我們采取調(diào)節(jié)參數(shù)P462（斜坡函數(shù)發(fā)生器加速時(shí)間），P463（斜坡函數(shù)發(fā)生器加速時(shí)間單位），將時(shí)間單位設(shè)為秒，范圍控制在10～30（根據(jù)容量大小選?。?，同時(shí)調(diào)用斜坡函數(shù)發(fā)生器帶圓弧運(yùn)行方式，調(diào)節(jié)參數(shù)P468（斜坡函數(shù)發(fā)生器帶圓弧運(yùn)行方式）、P469（斜坡函數(shù)發(fā)生器初始圓弧時(shí)間）、P470（斜坡函數(shù)發(fā)生器終止圓弧時(shí)間），從而減小啟動(dòng)電流對(duì)逆變器的沖擊。另外，考慮到工藝過(guò)程需急停設(shè)備，為防止制動(dòng)電流對(duì)逆變器的沖擊，調(diào)整參數(shù)P464（斜坡函數(shù)發(fā)生器減速時(shí)間）、P465（斜坡函數(shù)發(fā)生器減速時(shí)間單位）、P466（快停的減速時(shí)間從100%到靜止），從而達(dá)到對(duì)電機(jī)及逆變器的保護(hù)。

（3）對(duì)于使用矢量控制+測(cè)速編碼器控制方式的逆變器，如遇到編碼器故障或者急需判斷是否是編碼器故障的情況，將P100由4改為3（無(wú)測(cè)速編碼器矢量控制）或0（v/f控制），這樣，如果為編碼器故障，不僅能夠迅速恢復(fù)生產(chǎn)，同時(shí)能偶迅速判斷故障原因。

（4）針對(duì)逆變器內(nèi)部故障導(dǎo)致逆變器無(wú)法正常工作，我們采取以下預(yù)案。由于型材生產(chǎn)的特殊性（軋制槽、角、礦-U材時(shí)，圓鋼設(shè)備暫停使用；反之亦然）。一旦型材收集某一設(shè)備（假設(shè)為A設(shè)備）出現(xiàn)逆變器壞故障，立刻將同等容量或大于A設(shè)備的其他收集的某一設(shè)備（假設(shè)為B設(shè)備）替代A，工作時(shí)，先拆除逆變器A、B各自所帶的負(fù)荷線，然后將A的負(fù)荷線接至B的逆變器輸出上；同時(shí)，在PLC程序屏蔽B的操作輸入點(diǎn)，將A的操作輸入點(diǎn)加入，實(shí)現(xiàn)A設(shè)備的正常操作和穩(wěn)定運(yùn)行（反之亦然）。此方法在實(shí)際運(yùn)用中，已得到大家認(rèn)可。不但提高了維護(hù)質(zhì)量，加快了維護(hù)效率，同時(shí)，提高了維護(hù)技能；而且大大縮短了處理故障的時(shí)間，保障了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

通過(guò)以上應(yīng)急預(yù)案措施，使型材車間逆變器突發(fā)損壞故障嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏的問(wèn)題得到了很好的解決。一方面在解決傳動(dòng)裝置損壞造成停產(chǎn)局面的情況下如何快速解決問(wèn)題，恢復(fù)生產(chǎn)找到了應(yīng)急方法；另一方面提高了設(shè)備的重復(fù)利用率，我們通過(guò)專業(yè)技術(shù)論證和超強(qiáng)的技能敢想、會(huì)干、勇于創(chuàng)新，開(kāi)創(chuàng)了型材車間在線逆變器設(shè)備突發(fā)損壞的情況下，如何應(yīng)急維護(hù)，而且兩者之間相互替代、互不干擾的先河，為將來(lái)設(shè)備維護(hù)打開(kāi)了新思路，提供了新方法；另一方面為生產(chǎn)的快速恢復(fù)，加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高生產(chǎn)效益奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 接地系統(tǒng)改造

針對(duì)主電室現(xiàn)場(chǎng)勘查情況，特制定以下整改方案：在主電室接地主線引入處加裝等電位連接母匯流排，為使接地性能連接可靠，焊接一段銅條與母匯流排螺栓壓接，做好標(biāo)示。接地連線采用多股絞合銅芯絕緣電線或電纜，采用鍍鋅或銅螺栓連接，接地匯流排應(yīng)使用銅材，并由絕緣支架固定。接地線的截面積應(yīng)符規(guī)定，接地連線大于2mm，接地分干線大于6mm，接地干線大于20mm，接地總干線大于30mm。接地總干線與接地體之間應(yīng)用焊接。埋地的接地干線用有效截面積相同的熱鍍鋅扁鋼或圓鋼進(jìn)行焊接。接頭采用搭接，扁鋼搭接長(zhǎng)度為寬度的2倍，園鋼為直徑的6倍，接觸良好，連接應(yīng)牢固，焊接處應(yīng)做防腐處理。

4 故障分析總結(jié)

這里遇到故障都是由于設(shè)計(jì)、制造等方面存在不合理的地方和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣造成的，因此，要注意以下幾點(diǎn)： （1）通過(guò)DP網(wǎng)絡(luò)測(cè)試軟件Profitrace測(cè)試DP網(wǎng)絡(luò)，有針對(duì)性的處理問(wèn)題；（2）采取在逆變器輸出側(cè)增加電抗器容量，以補(bǔ)償對(duì)地容性電流，從而降低電機(jī)電壓，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩；合理的功能塊組態(tài)及實(shí)際運(yùn)用參數(shù)的調(diào)整使設(shè)備滿足生產(chǎn)工藝的要求；閑置與在線設(shè)備的互相替代，為解決逆變器突發(fā)損壞提供了新思路、新方法；（3）利用型材生產(chǎn)工藝特殊性，遇到逆變器損壞的情況，采用逆變器替代的方式，能夠迅速恢復(fù)生產(chǎn)

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)DP網(wǎng)絡(luò)等故障的處理，使得設(shè)備自改造升級(jí)投入運(yùn)行以來(lái)，設(shè)備的故障率大幅度降低。生產(chǎn)更加穩(wěn)定，設(shè)備的安全運(yùn)行保護(hù)措施更加完善，徹底扭轉(zhuǎn)了之前設(shè)備故障率高的情況，從而達(dá)到了節(jié)約成本的目的，提升產(chǎn)品質(zhì)量，為型材生產(chǎn)線的設(shè)備提供了有力保障，也使得我們的維護(hù)水平得到提升。

參考文獻(xiàn)

[1] 陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.

[2] 潘曉寧.PROFIBUS-DP工控網(wǎng)的通訊原理[J].電氣傳動(dòng)，1999（5）：25-28.