基于Profibus的6900KW風機遠程監控

寶鋼股份梅山鋼鐵公司 林 紅

一、概述

寶鋼股份梅山鋼鐵公司3號146m2燒結機于2004年投產，其主抽風機配置了1臺6900KW美國羅賓遜風機，配套的電氣驅動裝置由德國西門子公司成套；電氣驅動裝置由1臺6900KW/6KV同步電機、1套2600KVA中壓LCI軟啟動變頻器、1套勵磁控制器及現場風機運行監測控制系統組成。

圖1 同步電機驅動原理圖

圖2 Profibus組態網絡圖

圖3 模擬開機組態畫面

同步電機驅動原理圖如圖1所示，為避免大型同步電機直接起動對電網和機械造成巨大沖擊，運行開關柜MBL并有1臺LCI自換相2530V電流型西門子中壓SIMOVERT S軟啟動用變頻器。軟啟動時（此時風機風門關閉）斷開MBL開關柜，閉合MBM和MBC開關柜，然后啟動變頻器運行；隨著變頻器輸出電壓和頻率的提升，電機轉速也開始慢慢爬升。當輸出頻率達48HZ時，西門子7VE512數字并機控制單元開始工作，使變頻器輸出電源的電壓（U）、頻率（f）及相位角（∮）與電網電源同步。當△U值＜3V、△f值＜0.2Hz、△∮值＜3°同時滿足時，閉合開關柜MBL，后斷開開關柜MBM，這樣就完成了軟啟動切換，同步電機直接由電網供電。

同步電機采用轉子內嵌旋轉勵磁回路供勵磁，通過西門子SG70調壓裝置來控制勵磁電流。

現場電氣室的系統監控柜由西門子S7-300 PLC及MP370 HMI屏組成，完成對風機的起停操作及過程數據（振動、溫度、壓力、流量、液位等）的指示。

2012年初，公司對3號燒結機的自動化生產進行升級改造，其中需對主抽風機新增遠程操作及監測功能，達到日常生產操作在中控室（距風機室300m遠）完成。

二、風機遠程監控的設計設想

原有系統監控柜和勵磁控制柜分別由1套S7-300 PLC組成，2套PLC與變頻器、勵磁中控室（距風機室300m遠控制器組成電氣Profibus通訊網絡，柜面板上HMI板用MPI與PLC通訊。按常規設計來構造上一級遠程監控，需增加一套PLC遠程站及一套通訊網絡。但這個方案，投入的硬件成本相對大，組態工作量大，且可能會影響原勵磁控制柜PLC系統的運行速度，有一定的風險。

鑒于中控室距風機室300m遠，且不影響勵磁控制柜PLC系統的運行，設想在系統監控柜的PLC上增加一個300m長Profibus通訊子網絡，在這個子網端頭建一臺PC監控站。但這個方案需解決300m長Profibus通訊子網絡現場強電磁干擾問題、西門子Winccflexible HMI組態與原系統Protool HMI組態兼容問題。

圖4 風機機械監控畫面

三、風機遠程監控的硬件設計和HMI組態

300m長Profibus通訊總線需鋪設在室外電纜溝及生產線橋架上，必有現場強電磁干擾問題，為此，這段Profibus通訊總線采用西門子PCF玻璃光纖，組成光學Profibus子網絡。由OBT光纖模塊將電氣信號轉換成光信號，再由CP5613FO光通訊處理器接入PC。Profibus組態網絡圖如圖2所示，Wincc-flexible-PC為遠程監控站。

為解決Winccflexible HMI組態與原系統Protool HMI組態兼容性，需對原先的組態進行轉換及再組態，并進行了多次模擬實驗和現場設備接入實驗，取得了新HMI PC組態與原PLC兼容。模擬開機組態畫面如圖3所示。

四、風機遠程監控的實現

該升級改造于11年開始調研，通過多個方案的深入研究和比較，最后采用光學Profibus子網絡方案。于12年初完成軟硬設計、及遠程監控畫面組態模擬和現場接入測試。

12年5月在現場進行設備安裝及調試，并在月底投入生產運行。圖4為風機機械監控畫面。

經過半年多的運行，證明遠程監控系統不僅性能上完全滿足遠程操作和監測的要求，而且有非常好的穩定性和可靠性。

五、結束語

在鋼鐵廠電磁干擾強的場所組成局部光學和電氣的混合Profibus網絡，既簡化系統結構，又達系統功能要求，有一定的實用價值。

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