軋機軸承試驗臺PLC與直流調速裝置故障處理

馬立新，王建梅，康建峰，黃訊杰

(太原科技大學 機械工程學院，太原 030024)

大型軋機軸承綜合試驗臺由機械系統、液壓加載系統、稀油潤滑系統、動靜壓潤滑系統和電氣控制系統構成。該試驗臺適合于不同軋制工況下軋機軸承的試驗，有利于開展各類軋機軸承的潤滑理論、試驗和延壽技術研究，促進我國軋機及軋機軸承的國產化進程。

控制系統是大型軋機軸承綜合試驗臺的核心，是整個試驗臺功能完全實現的基礎。因此，只有控制系統正常工作，才能保證設備的安全正常運行。本試驗臺控制系統以PLC和WinCC為基礎，對主機、液壓站、稀油站及潤滑站等各個部分進行狀態監控、信號采集和數據處理，同時具有控制電路通斷和保護的功能。試驗臺使用一臺160 kW的直流電動機作為動力，使用西門子6RA7085-直流調速裝置進行調速。在PLC與直流調速和手控臺之間建立起DP主站和從站的關系[1]，及時排除故障，確保試驗臺的正常運轉。

1 通信故障及處理

PLC與直流調速裝置之間為DP主站與從站的關系，主站周期性地讀取從站的輸入信息，并周期性地向從站發送輸出信息。在從站的CBP通信板上有3個指示燈，顏色分別為紅、黃、綠，指示燈閃爍的含義見表1。

表1 CBP指示燈含義

通信正常時，CBP板上指示燈同步閃爍。若6RA70的CBP板上只有紅色和黃色燈同步閃爍，直觀判斷為通信中斷，可能原因為：

(1)電磁干擾；

(2)總線連接器脫離或者連接極性錯誤；

(3)數據主站沒有提供node信號等信息，沒有可用數據通過PROFIBUS傳送；

(4)未接通PROFIBUS電纜或者電纜有問題，無法通過PROFIBUS 傳送數據；

(5)DP通信線或者DP接頭沒有安裝好；

(6)通信板硬件問題。

1.1 CBP綠燈不亮，直流調速裝置報錯A083

在實現PLC與直流調速裝置的通信時，要以硬件組態為基礎，在各個模塊之間建立起聯系[2-3]。在現有PLC程序中，硬件組態里沒有建立直流調速、PLC的PROFIBUS總線連接，因此不能實現DP主站與從站的通信。圖1給出了PROFIBUS總線硬件組態。

圖1 PROFIBUS總線硬件組態

當啟動現有運行程序時，CBP板上的綠燈不閃爍，啟動電動機出現直流調速裝置報錯信息為A083。表示通信建立后，無有效數據來自DP主站。原因可能是6RA70本身的CBP通信板、通信連接頭、PROFIBUS連接電纜故障，或通信數據格式有問題。通過建立硬件組態程序，實現了電動機的正常運轉。

1.2 CBP綠燈不亮，SF常亮，BF閃爍

當PLC 的CPU上SF常亮，BF閃爍，直流調速CBP板的綠燈不亮時，表示PROFIBUS DP接口發生錯誤。可能原因為：(1)連接的站點有故障；(2)至少一個組態的從站無法訪問；(3)錯誤組態。

首先檢查總線電纜是否已連接到CPU；等到CPU完成啟動過程，若BF不停止閃爍，則檢查DP從站或評價DP從站的診斷數據。診斷結果為：CBP板的綠燈不亮原因為連接CPU上的DP接口的總線連接器內兩根不同導線的極性接錯；SF常亮，BF閃爍是由于總線連接器的開關位置不對，其正確開關位置見表2。

表2 開關正確位置

2 直流調速裝置參數設置及優化

直流調速裝置為調節直流電動機速度的設備，上端與交流電源連接，下端與直流電動機連接，直流調速器將交流電轉化為兩路輸出直流電源，一路輸出給直流電動機勵磁(定子)，一路輸出給直流電動機電樞(轉子)，直流調速器通過控制電樞直流電壓來調節直流電動機轉速。同時直流電動機給直流調速器提供反饋電流，直流調速器根據反饋電流來判斷直流電動機的轉速情況，必要時修正電樞電壓輸出，以此來再次調節電動機轉速。

直流電動機的調速方案一般有下列3種方式：(1)改變電樞電壓；(2)改變勵磁繞組電壓；(3)改變電樞回路電阻。 最常用的是調壓調速，本試驗臺的直流電動機調速就是采用調壓調速方式。

2.1 直流調速裝置故障及參數設置

在一次電源跳閘之后，使用試驗臺原PLC程序時，上位機和PLC的通信正常，PLC與直流調速裝置的通信正常，將直流電動機的負載卸掉，此時電動機轉子可以自由轉動；但啟動風機后，按下主電動機啟動按鈕，直流調速的PMU面板顯示“——”(無有效的轉矩方向)，電動機不運行。

PLC程序中無系統功能SFC14/15(用于DP從站數據的讀寫)，其功能是在傳輸的數據大于4個字節時實現DP主站與從站之間的數據讀寫[4-5]。在導入SFC14/15之后，電動機仍然不能啟動，說明SFC14/15的缺失并不是導致電動機不能啟動的原因。在按下啟動電動機的按鈕后，PLC中設定轉速的程序段顯示設定的轉速已經給入了直流調速裝置，這說明PLC程序本身也沒有問題。因此，確定為6RA70直流調速裝置故障。將直流調速裝置恢復出廠設置，輸入直流電動機參數并進行自動優化，此時直流電動機可以啟動。

直流調速裝置參數設置為：

P100=401 (電樞額定電流,A);

P101=440 (電樞額定電壓,V) ；

P102=14.8 (勵磁額定電流,A)；

P104=1 000 (速度n1,r/min)；

P052=3 (顯示所有使用的參數)；

P083=3 (實際速度的EMF反饋)；

P918=3 (從站地址)；

P433=3 002 (變頻器給定值)。

在程序段中，即便將MD404改成MD406，MD406改成MD410，也并不影響功能的實現，因為該地址儲存的是計算中間值。電動機出現的轉速不均勻是因為在液壓加載設置和轉速設置的程序中，重復使用了同一地址MD410，只需選一個未使用的地址將其替換即可。

2.2 直流調速裝置的優化

(1) 電樞和勵磁電流調節器的自動優化運行。P051 = 25，合上端子37(電源的合閘/分閘)及38(運行使能)，優化運行開始。自動設置參數P110，P111，P112，P155，P156，P255，P256，P826。注意在執行優化運行過程中，永磁電動機和剩磁過大的電動機必須機械鎖死。

(2)速度環的自動優化運行。P051 =26，合上端子37及38，優化運行開始。自動設置參數P225，P226 和P228。用P236選擇速度調節回路的動態響應程度，P236的默認值為75%，在速度調節器優化之前設定P236的值，并將影響到P225，P226 和P228值的設定。對于速度調節器的優化，在電動機軸上必須與最后有效的電動機負載相連接，因為所設定的參數同所測量的轉動慣量有關。

(3)弱磁的優化運行。P051 = 27，合上端子37及38，優化運行開始。弱磁的優化決定著電動機的磁化曲線，所以在進行弱磁優化時，電動機不能帶任何負載，否則將影響磁化曲線的準確性[6]。

3 主電動機的正反轉控制

電動機正反轉是通過改變電樞電壓的極性(亦即改變電樞電流的極性)得以實現。圖2 為電動機正反轉的PLC程序。MD410輸出值為正整型值，當Q0.2(電動機正轉輸出繼電器)接通時，在這個整型值上乘以1(這一步可以省略)，輸出為正值，控制電動機的正轉；Q0.1(電動機反轉輸出繼電器)接通時，在這個整型值上乘以-1，輸出為負值，控制電動機的反轉。

圖2 直流電動機正反轉程序

實際轉速的反饋信號為電流信號，該電流信號經過A/D轉換為介于0～16 384之間的整數值，該整數值與電動機的實際轉速成正比。

4 結束語

控制系統是大型軋機軸承綜合試驗臺正常運轉的核心，及時地解除設備故障并進行記錄才能在實踐中不斷積累經驗并保證設備的穩定運轉，從而實現試驗臺的動態維護和升級改造，為我國軋機軸承新技術、新產品的開發提供一定的試驗保障和技術支持，有利于深入開展大型軋機軸承理論及試驗研究。