SCR銅桿生產(chǎn)線旋轉(zhuǎn)剪電氣故障分析及改進

朱其斌，呂 苗

（江西銅業(yè)集團銅材有限公司，江西 貴溪 335424）

1 引言

SCR連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線因作業(yè)率高、操作簡便、上手快，自動化控制程度高，能保障生產(chǎn)線實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、高效運行，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外銅鋁桿加工行業(yè)［1］。江銅集團銅材公司分別于2003年、2006年引進了美國南線公司SCR3000/4500連鑄連軋銅桿生產(chǎn)線，設(shè)計Φ8mm銅桿年產(chǎn)能為37萬t［2］。旋轉(zhuǎn)剪是該生產(chǎn)線的關(guān)鍵部件，對整條生產(chǎn)線起著承上啟下的作用，但在實際生產(chǎn)過程中，其設(shè)定處于停止運行狀態(tài)。唯有摩根軋機發(fā)生設(shè)備故障，或軋機內(nèi)銅桿產(chǎn)生擠線時，才會自動旋轉(zhuǎn)剪切，或按生產(chǎn)工藝的要求采取手動方式剪切銅鑄坯。

在建廠試生產(chǎn)階段，由于對進口旋轉(zhuǎn)剪使用管理經(jīng)驗不足，旋轉(zhuǎn)剪逆變器發(fā)生偶發(fā)性故障，不能啟動運行，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，西門子70系列逆變器上出現(xiàn)008鎖定狀態(tài)，在逆變器復(fù)位后又正常，而其正常狀態(tài)是009待機狀態(tài)，鎖定狀態(tài)無報警，導(dǎo)致整條生產(chǎn)線停產(chǎn)，生產(chǎn)線更換系統(tǒng)需3.5h，期間前段爐鑄區(qū)仍在點火燃燒保溫，天然氣浪費大。

偶發(fā)性電氣故障在電氣維修行業(yè)里又稱幽靈故障，是電氣維修人員最頭痛的問題。在連鑄連軋銅桿過程中，一旦摩根軋機發(fā)生故障停機，或更為嚴重的是旋轉(zhuǎn)剪在運行中偶發(fā)故障而不啟動旋轉(zhuǎn)剪切，若操作人員第一時間處理不及時，極易造成銅鑄錠拱起倒錠、中斷生產(chǎn)。當高溫銅鑄錠倒下時，必然會損傷五輪鋼帶式澆鑄機及其附屬設(shè)備，促使?jié)茶T機等設(shè)備故障進一步擴大化，嚴重威脅人身安全，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大增。隨著低氧銅桿產(chǎn)品市場競爭的日趨激烈，設(shè)備的安全、高效、穩(wěn)定運行對生產(chǎn)成本的管控極為重要，因而針對SCR連鑄連軋銅桿旋轉(zhuǎn)剪電氣故障進行分析和改進迫在眉睫。

2 進口旋轉(zhuǎn)剪設(shè)計原理

從鑄輪澆鑄出的銅鑄坯由出口夾送輥進行牽引，送入1#旋轉(zhuǎn)剪剪切，這時橋架打開，軋機入口夾送輥呈打開和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，皆是在過線前準備階段，所以銅鑄坯不進入預(yù)處理系統(tǒng)。過線生產(chǎn)時，按下1#旋轉(zhuǎn)剪停止按鈕，橋架下落成水平1#旋轉(zhuǎn)剪停止且上下刀口成水平狀態(tài)，銅鑄坯通過橋架進過入口夾送輥進入預(yù)處理機的前部，同時入口夾送輥會自動下壓，夾住銅鑄坯使之能更順利地進入預(yù)處理，預(yù)處理機對銅鑄坯進行校正、刻痕、削邊后進入粗軋，在粗軋1#站受力后，2個夾送輥同時自動打開，并保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，時刻準備剪切時能下壓牽引銅鑄坯。

該旋轉(zhuǎn)剪設(shè)于五輪鋼帶式澆鑄機夾送輥之后，開始連鑄后，會連續(xù)將銅鑄坯剪斷為約0.8m長的銅鑄錠，銅鑄坯被剪斷直至摩根粗軋機和精軋機完成設(shè)定，且其性能完全符合軋制要求；準備過線生產(chǎn)時按旋轉(zhuǎn)剪停止按鈕，旋轉(zhuǎn)剪立即停止剪切，鑄坯經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)進入摩根軋機軋制再到成品Φ8mm銅桿。當系統(tǒng)存在故障或設(shè)備處于某種狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)剪將自動啟動且將鑄坯再次剪切成碎段。如摩根軋機區(qū)域有急停信號，摩根軋機發(fā)生故障，堆銅故障、堆銅檢測，連鑄機速度低于給定值，介質(zhì)設(shè)備發(fā)生故障等。

其主要工藝流程為：銅原料→加料提升機→豎爐→上溜槽→渣箱→回轉(zhuǎn)式保持爐→下溜槽→澆包→五輪鋼帶式澆鑄機→夾送輥→旋轉(zhuǎn)剪→預(yù)處理機→摩根軋機→無酸清洗→卷取→五位輸送站→鋼帶打包系統(tǒng)。

3 存在的問題

2019年旋轉(zhuǎn)剪異常停機故障原因及時間見表1。經(jīng)統(tǒng)計、分析及初步診斷，該旋轉(zhuǎn)剪發(fā)生偶發(fā)性幽靈故障的原因有以下幾點。

表1 2019年旋轉(zhuǎn)剪異常停機故障原因及時間

（1） 逆變器參數(shù)設(shè)置存在問題。人機交互困難，不能有效地反應(yīng)出逆變器的實際工作狀況，易導(dǎo)致查找處置故障時間延長。

（2）安全繼電器及串接在安全繼電器上的急停開關(guān)回路異常斷開；旋轉(zhuǎn)剪急停開關(guān)安裝位置不合理。易受到振動、溫度、濕度、安裝角度及海拔等外界環(huán)境因素的影響而發(fā)生誤動作。

（3）驅(qū)動控制PLC程序邏輯不合理,PLC程序設(shè)計存在缺陷。

4 SCR銅桿生產(chǎn)線旋轉(zhuǎn)剪電氣故障分析及改進

通過現(xiàn)場進行逐一排查分析旋轉(zhuǎn)剪異常停機故障原因，得出以下幾點結(jié)論。

（1）逆變器參數(shù)設(shè)置對比確認。該廠擁有兩條SCR銅桿生產(chǎn)線，其主要工藝過程和控制技術(shù)參數(shù)完全一致，因此可充分利用SIMOVERT MASTERDRIVES軟件連線SCR4500生產(chǎn)線主控可編程控制器S7-400，檢查旋轉(zhuǎn)剪驅(qū)動控制程序，并與逆變器的過流（過壓）保護參數(shù)、溫度保護參數(shù)、速度檢測等設(shè)置參數(shù)進行對比。結(jié)果顯示，SCR3000旋轉(zhuǎn)剪逆變器參數(shù)設(shè)置無誤。

（2）檢測SIEMENS 3TK28型安全繼電器。根據(jù)電氣接線圖仔細進行排查，跟蹤旋轉(zhuǎn)剪安全繼電器的動作狀況，梳理關(guān)聯(lián)部位并逐一進行測試，急停信號有4個安裝在不同工位的急停按鈕串接在安全繼電器輸入端口上，3個輸出信號分別輸送至驅(qū)動控制器的快速停止輸入端、ESTOP OK信號送PLC400到驅(qū)動安全切斷輸入端。測試中不難發(fā)現(xiàn)，只有在急停信號中斷時，才可能出現(xiàn)008（鎖定狀態(tài)，使能信號中斷）。緊固各電氣元件的接線，逐一更換新電氣元件，但問題卻一直懸而未決，設(shè)備故障仍會偶發(fā)，不可預(yù)見性強，但復(fù)位后設(shè)備又能正常運行［3-5］。

（3）排查SCR3000旋轉(zhuǎn)剪驅(qū)動程序邏輯。利用PG STEP 7連接S7-400PLC進行在線診斷、比較，旋轉(zhuǎn)剪逆變器在009待機狀態(tài)下啟動旋轉(zhuǎn)剪，現(xiàn)場反復(fù)按下、撥起外部的急停按鈕，測試逆變器是否會從008變成009待機狀態(tài)。通過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，在撥起按鈕的瞬間的振動觸發(fā)逆變器鎖定（008）。通過該現(xiàn)象，考慮到現(xiàn)場急停操作站處于高熱、振動的工況下，當振動頻率接近觸簧系統(tǒng)固有振動頻率的時候，簧片的晃動幅度就會增大，最后將會導(dǎo)致觸頭接觸力的劇烈變化。在這種情況下，若增大振動加速時，甚至會出現(xiàn)觸電接觸力為零的情況［6］，也就是常閉觸頭突然有瞬間接觸不良。

（4）改進驅(qū)動控制PLC程序邏輯。針對按鈕因外界因素的異常振動而導(dǎo)致常閉觸點瞬間失電的故障，擬在旋轉(zhuǎn)剪驅(qū)動控制的主程序中，加入對急停按鈕誤動作的保護接點，增設(shè)了一個延時保護程序段5，T13時間設(shè)定為100ms。在S7-400程序中增加100 ms延時，見圖1。通過現(xiàn)場不斷地反復(fù)測試，并經(jīng)過長時間的生產(chǎn)運行，未出現(xiàn)偶發(fā)性觸發(fā)逆變器鎖定故障。

圖1 在S7-400程序中增加100 ms延時

通過以上分析和改進，急停按鈕的安裝環(huán)境是發(fā)生幽靈故障的主因。通過現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)豎爐燃燒系統(tǒng)、風機系統(tǒng)（風機站正好位于鑄機操作室和現(xiàn)場操作站的正下方，而SCR4500的風機站則在鑄機操作室和現(xiàn)場操作站的側(cè)下方）等設(shè)備在運行中產(chǎn)生瞬間共振，是旋轉(zhuǎn)剪操作站急停按鈕的常閉點產(chǎn)生瞬間接觸不良的原因。

為更好地監(jiān)控生產(chǎn)過程中旋轉(zhuǎn)剪逆變器的工作狀態(tài)，讓操作、點檢維修人員能直觀地觀察到逆變器是否正常，新增逆變器狀態(tài)指示程序，若逆變器狀態(tài)不正常，報警燈亮，會及時提示操作維修人員。在S7-400程序中新增逆變器狀態(tài)指示，見圖2。

圖2 在S7-400程序中新增逆變器狀態(tài)指示

5 結(jié)語

生產(chǎn)實踐表明，該公司SCR連鑄連軋旋轉(zhuǎn)剪電氣故障分析及改進是成功的。2020年1—12月，SCR3000銅桿生產(chǎn)線進口旋轉(zhuǎn)剪運行過程中，沒有發(fā)生幽靈電氣故障。此外，得到以下幾點結(jié)論：

（1）生產(chǎn)效率可提升30%以上，已徹底杜絕了進口旋轉(zhuǎn)剪幽靈故障的發(fā)生；

（2）豎爐燃燒、風機系統(tǒng)在運行中產(chǎn)生的瞬間共振是外部環(huán)境主要干擾源；

（3）在程序中設(shè)計新增逆變器狀態(tài)指示程序，若逆變器狀態(tài)不正常，會自動報警；

（4）通過改進、完善旋轉(zhuǎn)剪相關(guān)保護程序等，年可減少旋轉(zhuǎn)剪異常故障查找時間39.5 h以上，大幅降低了經(jīng)濟損失；

（5）經(jīng)過跟蹤、檢測等工作，同步提升了分廠技術(shù)人員應(yīng)用西門子軟件的能力。