西門子S7－300PLC在直流電機電流監(jiān)視系統(tǒng)上的應用

1   簡介
    軋鋼廠中小型車間是萊鋼引進的具有20世紀90年代*水平的中小型型材生產(chǎn)線，年設(shè)計產(chǎn)量45萬噸。成套生產(chǎn)設(shè)備由意大利DANIELI公司提供，三電設(shè)備由ABB公司提供，設(shè)備生產(chǎn)能力強，工藝技術(shù)新，控制水平高。全線共有18架軋機，包括剪子和冷床、擺剪區(qū)域設(shè)備，共有110KW以上直流電機26臺套，去年該條生產(chǎn)線全年產(chǎn)量達到96萬噸。
    隨著車間產(chǎn)能的提升和軋制節(jié)奏的加快，作為車間動力系統(tǒng)核心的直流電機成為決定軋線提速和工藝穩(wěn)定順行的重要因素。軋機電流的變化狀態(tài)直接關(guān)系到直流電機工作性能和軋線工藝的穩(wěn)定順行。同時為了適應軋線提速的要求，鋼坯在出爐和軋制過程中的溫度控制也提出了更高的要求。軋制過程溫度的變化，直接決定著軋機負荷的變化。
    ABB傳動調(diào)試工具DDCTOOL中雖然可以調(diào)出每臺直流電機的電流顯示值，但是由于軟件版本的限制，DDCTOOL只能單獨查看一臺電機的電流值，不能同時看到若干臺電流的變化情況，而且不同軋機電流顯示的切換，需要多步操作才能完成，給設(shè)備維護人員對設(shè)備監(jiān)控帶來很大不便。
    自動化部操作站雖然能夠同時顯示多臺軋機電流值，但是由于受到CPU掃描周期的限定，它不能實時存儲電流值，也沒有歷史曲線的功能，對于設(shè)備發(fā)生故障以后的原因分析和判斷不能起到有效的參考價值。
2   方案的確定
    為了對軋線主電機的運行狀況進行有效跟蹤和監(jiān)視，同時為了適應工藝設(shè)備的改造，便于分析工藝調(diào)整參數(shù)的科學性，采用先進手段對主機電流值進行采集和存儲，提高了設(shè)備故障分析的針對性，為技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)支持，我們根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備狀況，結(jié)合ABB傳動設(shè)備的結(jié)構(gòu)，決定對軋線軋機主電機設(shè)備的電流數(shù)值進行實時采集和存儲。
    首先我們計劃選用電流互感器通過高速數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)信號傳送到工控機處理，再通過系統(tǒng)軟件換算成與實際相對應的電流值顯示出來。此方案工程量大，需要敷設(shè)電纜的數(shù)量較多，而且信號采集過程中容易受到干擾而造成失真。同時系統(tǒng)中所用的電流互感器價格昂貴，而且不易更換與維護。
                
    經(jīng)過討論分析，zui后我們計劃采用當前流行的PLC進行電流數(shù)據(jù)的采集和存儲，實現(xiàn)軋機電流實時監(jiān)視。該項目采用西門子S7－300為主控制器，以Wincc6.0為組態(tài)軟件，在原ABB傳動柜基礎(chǔ)上實時采集各臺軋機電機的電流。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：
              
    系統(tǒng)直接從DCV傳動柜A10板的（X4：5，6）端子采集0－10V電壓信號，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)PLC與上位機的通訊，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)快速傳送和實時更新。
3   方案的實施
    3.1軟、硬件選型：
   考慮到系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能，我們選擇了如下主要軟、硬件配置：
                        
    3.2硬件安裝與組態(tài)
    硬件模板采用標準配制導軌安裝，模板之間采用總線連接片進行連接，電源進行標準接地保護。模擬量輸入模板起始組態(tài)地址為：272，每塊模板8個模擬量輸入通道，輸入數(shù)據(jù)類型為0－10V電壓信號，組態(tài)畫面如下：

                                       圖3 硬件組態(tài)畫面
    3.3畫面制作
     按照軋線工藝布局設(shè)計制做主畫面，在數(shù)值顯示的基礎(chǔ)上增加柱狀電流顯示功能，同時設(shè)置自動過流報警功能，當某臺設(shè)備過流時柱狀畫面顏色變紅，提示值班人員注意。

                                   圖4 系統(tǒng)主畫面
   設(shè)置每臺直流電機的電流歷史曲線，用戶可以任意添加和選擇某一臺電機來觀察它的歷史狀態(tài)和實時趨勢。

                                       圖5 歷史曲線圖
    3.4功能擴展
    采用電流放大器將35KV高壓系統(tǒng)的儀表測量回路電壓、電流數(shù)據(jù)采集到該系統(tǒng)中，實現(xiàn)實時監(jiān)控和存儲。

                                   圖6 35KV高壓系統(tǒng)電流監(jiān)視

4  應用效果
    中小型軋機電流監(jiān)視系統(tǒng)項目實施以后，*解決了軋機電流狀態(tài)監(jiān)視的缺陷，為設(shè)備維護人員提供了有效的狀態(tài)分析和判斷手段。值班人員可以通過該系統(tǒng)中電流曲線的變化趨勢提前預知設(shè)備的異常狀態(tài)，并及時作出反應和采取有效措施杜絕故障的擴大。另外當設(shè)備發(fā)生故障時通過調(diào)用歷史曲線可以清楚看到故障發(fā)生時設(shè)備的工作狀態(tài)，有利于故障原因的排查和確定問題解決的方向。
5 研究和改進方向
    在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加AO模塊，實現(xiàn)重要部位交流電機電流檢測功能。同時充分利用車間生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺的資源優(yōu)勢，增加網(wǎng)絡(luò)功能，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息共享，達到遠程維護與狀態(tài)分析的目的。