熱軋2050軋線輥道電機電流監測系統的設計與應用

范 輝

熱軋2050軋線粗軋區、熱卷箱區、精除鱗箱區、輸出區、卷取區輥道其功能是將板坯從加熱爐出口經軋機軋制成帶鋼傳送至卷取機進行卷取，是熱軋生產線的關鍵設備。該設備特點是輥道數量多、速度快，且輥道電機長期處于高溫、潮濕的環境，電機故障頻發，經常出現電機跳閘、死輥現象，對帶鋼質量、產量造成嚴重影響。因此，對粗軋區、熱卷箱區、精除鱗箱區、輸出區、卷取區輥道電機狀態進行監測非常必要。

為了避免關鍵區域輥道運行異常而導致熱軋板帶的產品質量問題，特建立一套熱軋區域輥道在線監測系統，該系統旨在實時掌控熱軋2050mm生產線粗軋區、熱卷箱區、精除鱗箱區、輸出區、卷取區輥道電機實時運行情況。要求通過精軋、粗軋、卷取三個區域建立三套PLC系統實現電機實時運行監控。

通過建立輥道電機狀態監測系統，對關鍵區域輥道電機的電流數據進行實時分析，實現電機三相不平衡、過載、停機報警等功能。采取相應的控制措施，針對及時發現的問題，進行防范，避免因突發故障造成電機損壞，甚至是整個軋線停產。通過電機狀態監測系統使設備維護變被動為主動，這樣提高了設備的完好率和利用率，也提升設備管理水平，對產品質量的提高也起到重要的作用。

1 現狀分析

因軋線輥道溫度高、水汽大、潤滑脂容易流失，會造成輥道彎曲變形及卡死等故障；同時，冷卻水噴濺到電機上，經常造成電機絕緣性降低，導致電機單相接地或短路等故障。

而輥道電機絕緣阻值及電機軸承發生異常，相應電機電流也會發生異常，因此對電機電流進行監測，可以盡早發現輥道電機異常現象及時進行處理。軋線輥道電機通常采用一臺變頻器拖動多臺電機的運行方式，無法判斷每臺電機運行狀況是否正常。因此，對每臺電機電流實時監測是關鍵。

2 系統方案設計與功能實現

2.1 硬件配置

本系統是建立在S7—300PLC和工控機平臺之上的分布式系統。整個系統設計由兩級網絡組成，一是基礎自動化現場總線控制級，二是工業以太網絡控制級。

2.1.1 第一級：基礎自動化現場總線控制

網絡集成的最底層是PROFIBUS—DP網絡，主要作用是連接現場設備。主站S7—300PLC通過PROFIBUS—DP網絡與各從站通信，現場檢測元件等將信號傳輸給現場從站ET200SP，再通過DP通信傳送至主站PLC。Profibus～DP主要用于工業自動化系統的高速數據傳輸，實現數據采集及控制功能。網絡組態見圖1所示。

圖1 網絡組態圖

2.1.2 第二級：工業以太網絡控制

S7—300PLC系統主要由PLC控制單元、一臺上位機和以太網卡等組成，操作站利用組態軟件WinCC實現對現場電機狀態進行監測。通過從站ET200SP分布I／O模塊對電流信號進行實時采集，主站PLC控制器將實時數據進行采集處理并進行數據保存，從而實現對整個系統的在線監測診斷功能。

2.2 軟件設計

上位機監控軟件采用WinCC7.5組態軟件來實現，計算機操作系統采用Win7Professional中文版本。

2.3 電流在線監測的原理

電機電流是模擬量信號，模擬量信號傳送至傳感器經變送器轉換為標準電壓或電流信號，例如lV～5V，0V～10V，4mA～20mA，PLC通過A／D轉換模塊將模擬量轉換成數字量。模擬量I／O模塊的主要任務就是實現A／D轉換和D／A轉換。電機在線監測原理見圖2。

吉林省出臺的《關于加強孤兒保障工作的實施意見》中規定：加強孤兒成年后就業扶持。按規定落實好社會保險補貼、崗位補貼等扶持政策，及時將成年后就業困難且符合條件的孤兒納入就業援助范圍，有針對性地提供就業幫扶。孤兒成年后自主創業的，按優于大學生自主創業的條件，享受創業稅收優惠，需貸款扶持的，優先享受小額擔保貸款。拓寬孤兒成年后就業渠道。在開發公益性崗位時，對成年后就業困難或參軍復員的孤兒，優先安排其到政府開發的公益性崗位就業。在實施高校畢業生到社區、村任職選聘工作中，優先錄用符合條件的孤兒。參軍復員的孤兒，優先安排工作。

圖2 電機在線監測原理示意圖

如圖3所示，在電機A、B、C三相主回路安裝穿芯式電流變送器，電流變送器二次線接人隔離器輸入信號端子。電流變送器可以將互感器輸入的AC0—5A電流信號轉換為DC4～20mA電流信號。把該直流信號傳輸到設備所在電磁站的PLC模擬量輸入模塊中，PLC再將數據通過工業以太網傳送到主控室的上位機中。通過WINCC上位機軟件進行組態，完成畫面數據、趨勢、報警功能顯示。將電機三相不平衡、過載、停機信號在監控畫面上顯示出來，以便于故障診斷。

圖3 電機運行狀態監控畫面

2.4 系統功能實現

（1）畫面顯示功能：該畫面通過WinCC7.5軟件組態實現在線監測系統畫面顯示。對設備運行狀態進行實時監測，實現畫面數據實時顯示、閃爍、報警等功能。電機運行狀態監控畫面見圖3所示。

（2）數據邏輯運算功能：對系統采集的電機三相電流信號進行邏輯運算處理，利用采集三相電流數值求取平均值與采集值進行比較，數據超出±10%，進行三相不平衡報警；當采集的電流數值超出電機額定電流時，通過邏輯比較，實現過載功能；采集的電流值與零電流值比較，實現停機報警功能。

（3）報警記錄功能：系統會實時對所有發生故障的參數發出聲光報警，并提醒點檢人員采取有效控制措施及時處理。

3 系統實際應用分析及效果

3.1 實際應用分析

圖4為正常情況下加熱爐爐后除磷7#輥道電機A、B、C三相電流趨勢圖。通過對電流曲線進行實時監測分析，可以看出輥道電機在加速、減速時，電流會有明顯波動，其他情況下，電機電流曲線比較平滑。

圖4 正常電流趨勢圖

圖5是異常情況下加熱爐爐后除磷7#輥道電機A、B、C三相電流趨勢圖。通過對電流曲線進行實時監測分析，可以看出電機A、B、C三相電流不平衡，電流值較以往明顯增大。可見，通過電機狀態監測系統可及時發現電機故障，并采取有效控制措施，為電機故障早發現、早診斷、早預防提供技術保障。

圖5 異常電流趨勢圖

3.2 實際應用效果

自熱軋2050軋線精軋、粗軋、卷取安裝在線監測系統以來，該系統平穩可靠運行、準確監測數據、方便設備點檢人員使用，取得了良好的效果；同時也使設備管理更加規范化和合理化，為推廣這種先進的設備管理模式積累了經驗，具體表現在以下幾個方面：

（1）實現電機運行狀態的實時監測。該系統能實現24h不間斷地對現場每臺電機電流信號進行采集、分析、處理，并通過畫面、曲線及數據表格等形式進行實時顯示，對數據進行管理和存儲，以便于對歷史數據進行查詢和分析，進一步形成各種趨勢分析結果。當設備發生異常時，還具有聲、光超限報警和梯度報警功能，各種監測數據可以報表形式隨時進行打印；同時能完成與管理層的實時通信，便于上級主管部門及時掌握機組的運行狀況。

（2）電機三項電流實時數據可通過網絡接口直接與設備在線監測數據管理平臺進行信息交換，或通過工廠數據庫與設備在線監測數據管理平臺進行信息交換，最終通過設備在線監測數據管理平臺進行數據分析，為設備維護人員和設備管理人員提供輥道運行狀況的技術支持。

（3）通過設備在線監測系統的實施，實現最佳設備維修策略，提高設備可開動率、減少維護成本、提高設備安全性和可靠性。實現重點設備在線監測，正確評價設備實際劣化趨勢，準確分析設備故障原因、及時掌握設備運行狀態，為管理層提供協調維護需求與總體運營需求的管理平臺、為執行層提供友好、便捷的操作平臺。

（4）通過電機電流在線監測系統，我們可以在電機在出現異常之初就能夠及時發現設備隱患，并對缺陷進行分析，采取有效控制措施。及時避免了不必要的生產停機和重大設備故障。

4 結語

通過電機狀態監測系統在熱軋2050軋線的運行實踐表明，整套系統可以滿足設計要求，實現了粗軋區、熱卷箱區、精除鱗箱區、輸出區、卷取區輥道電機電流實時監測。該系統具有監測電機三相不平衡、過載、停機故障及時報警等功能，通過對電機電流數據監測分析，及時發現電機故障并采取控制措施，保障軋線設備穩定生產。該系統的使用提高設備管理人員對電機進行維護管理，降低了因電機故障造成的產品質量問題等，從而減少了經濟損失。同時，通過對電機電流數據監測、其他數據監測、電機維修更換數據等的積累，為電機長期穩定運行提供寶貴經驗，也為今后設備全生命周期管理和大數據分析奠定了基礎。