基于DCS500的DCS800直流傳動(dòng)升級

王曉顏，吳瑞蕤

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽471039)

我國有色金屬加工行業(yè)中的板帶冷、熱軋?jiān)O(shè)備大多采用直流傳動(dòng)方式，其傳動(dòng)控制模塊多使用ABB_DCS500系列產(chǎn)品。隨著設(shè)備使用時(shí)間增長，ABB_DCS500模塊故障頻率也增多，由于該系列產(chǎn)品已經(jīng)停產(chǎn)，所以有必要尋找一個(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的替代方案。

1 DCS500的問題

ABB公司DCS500直流傳動(dòng)系列產(chǎn)品，因其架構(gòu)堅(jiān)固，工作穩(wěn)定，全數(shù)字化操作，能夠很好滿足板帶類冷熱軋機(jī)組傳動(dòng)控制需求，多年來為很多廠家的設(shè)備提供傳動(dòng)控制。以2008年我公司為某企業(yè)提供的1450mm冷軋機(jī)組為例，該機(jī)組采用的直流傳動(dòng)配置方案就采用了ABB的DCS500系列產(chǎn)品(表1)。

表1 1450mm冷軋配置的傳動(dòng)模塊數(shù)據(jù)

ABB_DCS系列直流電機(jī)控制器性能優(yōu)良，可靠性高，功率范圍大，適用于直流電機(jī)電樞的供電和控制。但由于DCS500上的電路板已經(jīng)不再生產(chǎn)，ABB公司的庫存也已耗盡，未來DCS500的維修已不能提供可靠保障。另外，基于ABB大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)備的故障率基本呈澡盆曲線(Bath Curve)，設(shè)備初期故障率較高，隨著人員對設(shè)備的逐漸熟悉，設(shè)備進(jìn)入穩(wěn)定期，故障率較低；然后隨著設(shè)備使用年限的增加，設(shè)備內(nèi)部的器件不斷老化，導(dǎo)致故障率不斷攀升，設(shè)備性能不斷下降(圖1)，且設(shè)備的故障不可預(yù)測，會帶來不確定的停產(chǎn)。故障停產(chǎn)后，維修備件不能保證，設(shè)備恢復(fù)生產(chǎn)的時(shí)間也不確定，用戶的維修費(fèi)用和停產(chǎn)損失代價(jià)巨大。近年來該企業(yè)1450mm冷軋機(jī)組的傳動(dòng)系統(tǒng)已不時(shí)出現(xiàn)傳動(dòng)裝置本身故障問題，且故障頻率在不斷提高，給設(shè)備維護(hù)和生產(chǎn)帶來很大的不可控因素，也對生產(chǎn)效益造成了影響。

2 硬件解決方案

面對目前DCS500已經(jīng)不再生產(chǎn)、相關(guān)備品備件不僅價(jià)格高且供貨渠道少，未來DCS500的維修已不能提供可靠保障等問題，我公司為該冷軋機(jī)組提供了由ABB-DCS800替代DCS500的實(shí)施方案。同等規(guī)格的傳動(dòng)模塊，DCS800模塊的尺寸比原有DCS500的尺寸要小(表2)，所以可以利用原有的柜臺和輔助電路系統(tǒng)。升級為DCS800后，原有傳動(dòng)柜的電樞回路基本保持不變，部分DCS500升級后為內(nèi)置勵(lì)磁，原勵(lì)磁回路接線空置。如傳動(dòng)模塊DCS502B-0820-41，升級后模塊型號為DCS800-S02-0820-04，電樞回路保持不變，原勵(lì)磁回路接線空置，如圖2所示。而大功率模塊，如DCS502B-2050-71，則因?yàn)榧嫒菪詥栴}需更換全新外置的勵(lì)磁模塊。

表2 DCS800傳動(dòng)模塊數(shù)據(jù)

3 軟件升級方案

原DCS500傳動(dòng)控制系統(tǒng)使用GAD編程工具，操作繁瑣，用戶體驗(yàn)不太友好，參考資料十分有限，對設(shè)備的維護(hù)和程序優(yōu)化都十分不利。我們?yōu)樵?450mm冷軋機(jī)組設(shè)計(jì)了全新的傳動(dòng)控制軟件系統(tǒng)，本項(xiàng)目采用Siemens高速運(yùn)算模塊FM458-1DP完成機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)控制，DCS800模塊只需采用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，無需進(jìn)行內(nèi)部編程。

該傳動(dòng)控制軟件基于Siemens公司CFC開發(fā)，CFC包含功能強(qiáng)大的控制功能庫，使FM458控制器能夠滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，覆蓋從簡單的邏輯計(jì)算到復(fù)雜的控制回路閉環(huán)控制。利用CFC軟件功能，采用對象化編程模式，針對設(shè)備特點(diǎn)開發(fā)相應(yīng)的主機(jī)控制、卷取張力控制、補(bǔ)償計(jì)算、卷徑計(jì)算等程序功能庫。圖3為卷取張力控制的邏輯圖。

4 升級后效果

新方案使用CFC圖形化編程語言，數(shù)據(jù)流清晰明了，維護(hù)人員易于上手，且在生產(chǎn)過程中，軟件中的關(guān)鍵變量均可記錄在數(shù)據(jù)記錄中，提高生產(chǎn)過程的可追溯性。新方案較原方案在開發(fā)的卷取工藝軟件細(xì)節(jié)上更加完善：

(1)投張、切張過程的平滑處理，在生產(chǎn)薄料時(shí)可避免建張過程拉斷帶材和建張過程中張力劇烈變化造成的厚度波動(dòng)。

(2)帶s曲線的一鍵升降速模式，可根據(jù)生產(chǎn)情況定義不同的升降速斜率與s時(shí)間(生產(chǎn)薄料時(shí)適當(dāng)減小升速斜率)，使升降速過程平滑柔和(圖4)，盡可能降低由于升降速帶來的厚差波動(dòng)，縮短帶頭帶尾厚度超差比例，提高成品率，同時(shí)可提高生產(chǎn)效率。

(3)新方案更加精確的前后滑預(yù)估值，使升降速過程中的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償更加準(zhǔn)確，確保張力系統(tǒng)工作更加精確，保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定，降低動(dòng)態(tài)過程超差率，提高成品率。

(4)主機(jī)傳動(dòng)的加速度分為升速加速度、降速加速度、正常停車加速度、快速停車加速度、急停加速度。每一種加速度均可在工程師站中設(shè)置，而原方案則在DCS500模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些功能很不方便。

5 結(jié)語

本DCS500裝置替代方案受到用戶認(rèn)可，并因其采用最低程度的硬件改動(dòng)方式，項(xiàng)目僅通過停機(jī)5個(gè)工作日就完成設(shè)備更替和系統(tǒng)調(diào)試，并順利進(jìn)入正常生產(chǎn)。該方案的成功實(shí)施為有色金屬加工行業(yè)眾多DCS500傳動(dòng)裝置使用客戶提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)可靠的設(shè)備升級方案。