高線軋機主電機勵磁控制系統優化改造

孔海超

摘 要：某高線生產線為全連軋熱軋生產線，主要產品為Φ5-Φ12盤條和盤螺，設計年生產產量50萬噸。本文主要介紹了該生產線由于設計、制造、控制等一系列問題而進行了主電機勵磁控制系統的優化改造。從勵磁控制系統保護不完善、勵磁線圈的設計線徑較細、電流檢測元件檢測出現偏差等問題著手，對電機勵磁控制程序、WinCC畫面和6RA70箱參數進行修改，軋機直流主電機保護得到完善，解決了勵磁電流原因引起的電機燒損故障，同時，直流電機運行溫度正常，電機振動減少，并且降低了運行噪音。

關鍵詞：高線；軋機直流主電機；勵磁控制系統

由于部分電控設備不能夠正常運行，該生產線生產不能夠穩定進行，生產作業率較低。軋機主電機勵磁控制部分故障尤為突出，主要表征為：主電機勵磁部分發熱打火，致使軋機直流主電機系統報故障，電機勵磁部分絕緣下降，甚至出現電機燒毀故障。經研究分析，以上故障是由于在產前調試過程中，直流主電機傳動控制參數設定出現問題，同時設計選型和電機保護控制聯鎖不完備，從而引起主電機不能穩定的運行，故障率高，直接影響該生產線生產的穩定進行。

依據上述原因，如果不及時解決以上問題，會經常發生設備故障，生產作業率將大大降低。

1 生產過程中軋機直流主電機勵磁控制系統遇到的問題

直流電機是將直流電能轉換為機械能量的電機。因其良好的調速性能而在軋鋼生產中得到廣泛應用。勵磁是向電機提供定子電源的裝置，是直流電機的重要組成部分。勵磁在直流電機中的作用是產生勵磁電流形成磁場來保證直流電機能夠進行調速控制。

下面是該高線生產線生產過程中軋機直流主電機勵磁控制系統遇到的問題：

1）電氣設備的長期運行，很多在線檢測元件靈敏度下降，勵磁保護控制聯鎖不完備，致使直流電機勵磁線圈燒損。

2）直流主電機勵磁線圈線徑細，無法承載較大的運行電流。

3）軋機直流主電機勵磁調節為閉環調節，在生產調速過程中，由控制系統向6RA70控制箱發出勵磁電流給定值，同時電流檢測元件檢測實際運行的電流值，并將實際電流值反饋至控制系統與給定值進行比較，若實際電流值小于控制系統的給定電流值，控制系統將增大勵磁給定電流值，6RA70控制箱增大勵磁電流；若實際電流值小于控制系統的給定電流值，控制系統將減小勵磁給定電流值，6RA70控制箱減小勵磁電流。由于電流檢測元件出現問題，檢測誤差增大，并且由于器件老化原因其靈敏度下降，勵磁電流回饋值就會出現問題。若電流檢測元件檢測到的電流值比實際運行電流值小，那么控制系統將會增大勵磁電流給定值，可能超過直流電機的勵磁額定電流值；同樣檢測元件檢測到的電流值比實際運行電流值大，那么控制系統將會減小勵磁電流給定值，有時偏差過大時，控制系統將會繼續減小給定值趨近于零。以下狀況均會引起直流電機運行失控，引起生產停機和設備損壞，并且勵磁實際電流超過直流電機額定電流并長時間運行時，電機勵磁部分電流過大將會燒損電機；勵磁實際電流過小甚至為零時，將會引起直流電機速度加快，甚至出現“飛車”現象，設備隱患非常大，甚至對現場安全生產造成威脅。

4）6RA70箱報F005勵磁故障，現場電機勵磁線包過熱燒毀。

2 針對直流主電機勵磁控制系統問題的優化改造情況

通過以上情況可看出為勵磁部分問題，因此，需對主傳動直流電機勵磁控制系統進行優化和改進。下面介紹為具體優化改進情況。

1）對直流主電機勵磁控制的PLC程序進行優化：因電機勵磁線圈的線徑細，無法承載較大的啟動電流（超過額定電流50A）的沖擊，通過PROFIBUS-DP網絡，將6RA70控制箱的勵磁電流給定參數用狀態字的形式上傳上位機。在PLC程序中增設專門限制電機勵磁電流給定超限幅的子程序。通過在PLC程序中增加勵磁電流限幅來完成直流主電機的聯鎖保護功能。將讀取的狀態字經計算變換成實際電流，把變換出的實際電流與直流電機額定電流進行比較，若實際電流值大于直流電機額定電流的85%并延時0.2秒，則認為系統出現故障，此時傳動裝置輸出重故障并立即停車。

2）完善上位機WinCC畫面：為了能夠更系統全面的了解直流主電機的運行狀況，可以在最短的時間內應對發生的故障，降低故障對其他設備和人員的影響。將上位機WinCC畫面中增加檢測到勵磁電流大于額定電流80%和檢測到的勵磁電流為0的報警功能。同時在WINCC歷史趨勢畫面中增加勵磁回饋電流值和勵磁觸發電流曲線，以便于實時監測各直流主電機的運行狀態。

3）修改6RA70控制箱設定參數：在6RA70控制箱中設定讀取勵磁給定電流的狀態字，通過PROFIBUS-DP網絡通訊把6RA70裝置的勵磁狀態字的傳遞給上位機，作勵磁給定電流的百分數，便于作曲線進行故障分析。

3 小結

下面對高線軋機直流主電機勵磁控制系統優化進行小結，主要通過以下工作完成：

3.1 傳動參數優化

我們將傳動柜1D-18D的控制裝置（6RA70）的勵磁電流參數P250（勵磁整流器觸發角的整流固定限幅），由原來的全部開放角（0度角）通過分別計算各機架勵磁整流器最大觸發角度，最終修定為45度角，可以有效限制直流電動機在上電建立勵磁磁場勵磁電流的峰值，以此用來保護由于勵磁峰值電流過高對直流電機勵磁繞組的沖擊，避免電機勵磁繞組過流燒毀。另一方面修改并增加U734參數（6RA70的狀態字），把U734.005改為266（勵磁電流反饋值），U734.006改為252（勵磁觸發電流值）并通過DP網絡通訊到PLC2程序中，確定DB地址名，實數整形，再除以16384最終寄存在MD寄存器當中。在WINCC歷史趨勢中增加勵磁回饋電流值和勵磁觸發電流曲線曲線，以便于實時監測各直流主電機的運行狀態。

3.2 完善PLC保護聯鎖程序

增加勵磁電流限幅來完成直流主電機的聯鎖保護功能，若實際電流值大于直流電機額定電流的85%并延時0.2秒，則認為系統出現故障，此時傳動裝置輸出重故障并立即停車。運轉時勵磁突然為零，輸出重故障立即停車，若直流電機起車后勵磁電流為零時，主畫面閃爍報警。

經優化改造后，軋機直流主電機勵磁控制改造后主傳動電動機的保護聯鎖得到完善，解決了勵磁電流原因引起的電機燒損故障，同時，直流電機運行溫度正常，電機振動減少，并且降低了運行噪音，大幅度減少設備停機時間，且降低了工人的勞動強度，方便了檢修維護。