型材線電氣系統設備優化與創新

邢旭輝

摘 要：河鋼集團宣鋼公司型材車間冷鋸區域電氣設備在經過7年使用后，部分電氣故障率高，重復性故障發生頻繁，影響正常生產順利進行。經測試分析，發現型材生產線電氣系統存在大量設備隱患，主要問題是網絡系統、傳動裝置、PLC系統及接地系統等重點設備，通過對整個DP網絡線路重新敷設對加屏蔽防護，隔離PLC各模板24 V供電，將加熱爐重點設備安裝應急啟動等技改后，使型材電氣設備故障率大幅降低，保證了設備的正常運行。

關鍵詞：PROFIBUS-DP 傳動裝置 PLC

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0001-02

宣鋼型材生產線工程是全連軋，建設規模為年產70萬噸合格角槽鋼礦用U型鋼及大規格圓鋼。型材生產線從2007年投產以來，型材生產線在生產運行過程中電氣故障率高，重復性故障發生頻繁，影響正常生產順利進行。經測試分析，發現型材生產線電氣系統存在大量設備隱患，之前的一些工作主要對一些具體故障局部進行了整治，但效果甚微。該次我們針對型材電氣系統整體，抓住網絡系統、傳動裝置、PLC系統及接地系統等重點設備及重點項目總體進行根治，從而以減少型材電氣設備故障率。

1 故障現象

型材線在生產過程中，由于設計、環境等諸多因素的影響，并隨著電氣設備的老化電氣事故不斷增多。主要問題DP網絡系統不穩定，軋機傳動裝置發生報故障，PLC系統存在隱患，這些問題直接導致設備故障率居高不下，極大地制約了產能的實現。

2 故障分析

根據故障現象分析原因如下。

（1）前期設計和施工不完善，軋機裝置的總線電纜受到動力纜的干擾；CBP通訊板有問題，如果CBP通訊板出現問題，也能造成通訊丟失數據；總線電纜連接頭連接不好；由于前期施工時沒有使用DP線剝線的專用工具，而使用電工刀和鉗子等工具，可能在剝DP線時對銅芯造成傷害。總線電纜信號衰減，前期DP網絡設計問題，由一塊通訊CP 433-1模板帶動兩段DP網絡，致使DP電纜信號衰減，甚至引起DP網絡通訊中斷。

（2）針對傳動裝置發生的故障，電氣人員邊摸索邊分析問題，分析傳動故障導致長時間停機的原因如下：配電室密封不嚴問題。配電室門窗及傳動柜柜體密封不嚴，裝置容易進入金屬粉塵顆粒；配電室內冷卻裝置能力不足；裝置內部金屬粉塵問題。裝置內部存在大量灰塵，雖然之前電氣人員定期對裝置清掃，但只是將裝置外部進行了清理，裝置內部仍吸附有大量金屬粉塵顆粒，極易引起裝置絕緣降低造成短路故障；控制反饋環節出現電力電磁干擾；檢測方法有限，檢測手段原始效率低下；裝置內元器件點檢方法不正確。

（3）全線各PLC中模塊由同一24 V電源模塊供電；加熱爐各重要設備無應急啟動。

3 故障解決辦法

根據以上故障原因分析結果，特提出以下解決辦法。

（1）將軋機和輥道的DP總線電纜有問題的地方重新敷設并加屏蔽防護，同時，按照施工規范，重新布置DP總線電纜與動力電纜，大大降低動力纜對DP網絡的干擾；將出現過通訊故障的軋機裝置的CBP通訊板全部更換新板；將PROFIBUS-DP連接頭改為光電隔離連接，進一步將電磁干擾對DP網絡的影響降低；使用了FastConnect（DP網頭專用工具）并在做好的DP頭上加錫，消除網絡接頭處接觸不良引起的信號問題；改造前的DP網絡是從PLC通訊板到末架裝置，分為2路：第一路從9架軋機→8架軋機→5架軋機→4架軋機→1架軋機→2架軋機→3架軋機→6架軋機→7架軋機；第二路從13架軋機→12架軋機→10架軋機→11架軋機→出爐輥道1段→出爐輥道2→軋機中間輥道→1架軋機替補輥道→3軋機替補輥道→11、13架軋機替補輥道，所有的軋機裝置都是和PLC的一個通訊模塊連接；為防止總線電纜信號衰減，采取了以下措施：①將2路線并為1路，即PLC通訊板CP→9架軋機→8架軋機→5架軋機→4架軋機→1架軋機→2架軋機→3架軋機→6架軋機→7架軋機→13架軋機→12架軋機→10架軋機→11架軋機→出爐輥道1段→出爐輥道2→軋機中間輥道→1架軋機替補輥道→3軋機替補輥道→11、13架軋機替補輥道。②分別在4架軋機和1架軋機、11架軋機和出爐輥道1段之間的DP總線上加裝中繼器，使其起到放大信號的作用。③在每兩臺變頻器之間的DP總線電纜屏蔽層上使用屏蔽夾與保護地相連，并將DP總線的屏蔽層連接至CBP通訊板接地上，確保每段總線電纜的屏蔽充分與保護地相連接；在網絡路末端裝置上加裝端結PROFIBUS的電阻，即在11、13架軋機替補輥道上加裝，使其起到屏蔽干擾的作用。④降低原來的DP通訊速率，由原來的500KB/s降低為現在的187.5 kB/s，使其降低故障發生率。⑤延長網絡報文故障時間，由1 ms改為1 000 ms，降低逆變裝置網絡重故障。

（2）對配電室門窗進行了封堵，防止風沙吹入；對傳動柜柜體下方使用防塵堵料和防火泥進行封堵，防止軋鋼氧化粉塵進入；在配電室內增加冷卻空調數量，并且安裝軸流風機在配電室內形成對流，使裝置內熱量迅速排出，降低了溫度過高引起的裝置故障；通過不斷摸索并向專家請教，電氣人員已基本掌握了專業化的拆裝清掃技術，利用檢修時間定期對裝置進行拆裝清掃，降低了裝置內部吸附金屬粉塵引起的裝置絕緣降低短路故障；將控制反饋環節的模板、線路、編碼器屏蔽層充分與保護地相連，并依照施工規范降低動力電磁干擾的影響；利用先進的檢測手段迅速排查故障點，減少排查處理故障時間；使用正確的點檢方法，對各裝置運行溫度、各控制模板運行狀態進行跟蹤，對重點元器件模板CUVC板、DTI板、IVI板運行狀況提前預知預判，在損壞前及時進行更換，降低模板元器件故障。

（3）將PLC中CPU及通訊模板供電分開，將遠程站通訊模板與I/O模板供電分開、高速計數模板供電加以隔離，降低了由于現場高電壓、高電流及電磁干擾對PLC的影響，降低了PLC故障率，并且出現故障時便于查找維修，節省處理故障時間；加熱爐關鍵區域由于網絡對關鍵設備的影響，采用應急開關加裝了加熱爐1#、2#鼓風機和空氣、煤氣引風機以及柴油泵手動應急開關，一旦加熱爐出現故障時，鼓風機、引風機以及柴油泵可正常運行；對出入爐懸臂輥增加工頻控制方式，PLC出現故障時可正常運轉，確保加熱爐在PLC出現故障時可正常運行。

4 故障分析總結

這里遇到故障都是由于設計、制造等方面存在不合理的地方和現場環境惡劣造成的，因此，要注意以下幾點：（1）當DP網絡系統不穩定時，可對整個DP網絡線路重新敷設對加屏蔽防護，更換光電隔離DP網頭，并對DP網頭、CBP板充分接地，降低電磁干擾影響。（2）掌握正確的點檢方法、先進的檢測手段及，專業化的裝置拆裝清掃技術以降低傳動裝置故障率。（3）隔離PLC各模板24V供電，降低PLC故障率并節省處理故障時間。（4）將加熱爐重點設備安裝應急啟動，確保加熱爐在PLC出現故障時可正常運行。

5 結語

通過以上的措施，型材生產線電氣故障明顯降低，保證了生產和設備的正常運行。

參考文獻

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