西門子S7－300PLC在直流電機電流監視系統上的應用

1   簡介
    軋鋼廠中小型車間是萊鋼引進的具有20世紀90年代*水平的中小型型材生產線，年設計產量45萬噸。成套生產設備由意大利DANIELI公司提供，三電設備由ABB公司提供，設備生產能力強，工藝技術新，控制水平高。全線共有18架軋機，包括剪子和冷床、擺剪區域設備，共有110KW以上直流電機26臺套，去年該條生產線全年產量達到96萬噸。
    隨著車間產能的提升和軋制節奏的加快，作為車間動力系統核心的直流電機成為決定軋線提速和工藝穩定順行的重要因素。軋機電流的變化狀態直接關系到直流電機工作性能和軋線工藝的穩定順行。同時為了適應軋線提速的要求，鋼坯在出爐和軋制過程中的溫度控制也提出了更高的要求。軋制過程溫度的變化，直接決定著軋機負荷的變化。
    ABB傳動調試工具DDCTOOL中雖然可以調出每臺直流電機的電流顯示值，但是由于軟件版本的限制，DDCTOOL只能單獨查看一臺電機的電流值，不能同時看到若干臺電流的變化情況，而且不同軋機電流顯示的切換，需要多步操作才能完成，給設備維護人員對設備監控帶來很大不便。
    自動化部操作站雖然能夠同時顯示多臺軋機電流值，但是由于受到CPU掃描周期的限定，它不能實時存儲電流值，也沒有歷史曲線的功能，對于設備發生故障以后的原因分析和判斷不能起到有效的參考價值。
2   方案的確定
    為了對軋線主電機的運行狀況進行有效跟蹤和監視，同時為了適應工藝設備的改造，便于分析工藝調整參數的科學性，采用先進手段對主機電流值進行采集和存儲，提高了設備故障分析的針對性，為技術人員提供數據支持，我們根據現有設備狀況，結合ABB傳動設備的結構，決定對軋線軋機主電機設備的電流數值進行實時采集和存儲。
    首先我們計劃選用電流互感器通過高速數據采集卡將數據信號傳送到工控機處理，再通過系統軟件換算成與實際相對應的電流值顯示出來。此方案工程量大，需要敷設電纜的數量較多，而且信號采集過程中容易受到干擾而造成失真。同時系統中所用的電流互感器價格昂貴，而且不易更換與維護。
                
    經過討論分析，zui后我們計劃采用當前流行的PLC進行電流數據的采集和存儲，實現軋機電流實時監視。該項目采用西門子S7－300為主控制器，以Wincc6.0為組態軟件，在原ABB傳動柜基礎上實時采集各臺軋機電機的電流。系統結構圖如圖2所示：
              
    系統直接從DCV傳動柜A10板的（X4：5，6）端子采集0－10V電壓信號，通過以太網實現PLC與上位機的通訊，實現了數據快速傳送和實時更新。
3   方案的實施
    3.1軟、硬件選型：
   考慮到系統所實現的功能，我們選擇了如下主要軟、硬件配置：
                        
    3.2硬件安裝與組態
    硬件模板采用標準配制導軌安裝，模板之間采用總線連接片進行連接，電源進行標準接地保護。模擬量輸入模板起始組態地址為：272，每塊模板8個模擬量輸入通道，輸入數據類型為0－10V電壓信號，組態畫面如下：

                                       圖3 硬件組態畫面
    3.3畫面制作
     按照軋線工藝布局設計制做主畫面，在數值顯示的基礎上增加柱狀電流顯示功能，同時設置自動過流報警功能，當某臺設備過流時柱狀畫面顏色變紅，提示值班人員注意。

                                   圖4 系統主畫面
   設置每臺直流電機的電流歷史曲線，用戶可以任意添加和選擇某一臺電機來觀察它的歷史狀態和實時趨勢。

                                       圖5 歷史曲線圖
    3.4功能擴展
    采用電流放大器將35KV高壓系統的儀表測量回路電壓、電流數據采集到該系統中，實現實時監控和存儲。

                                   圖6 35KV高壓系統電流監視

4  應用效果
    中小型軋機電流監視系統項目實施以后，*解決了軋機電流狀態監視的缺陷，為設備維護人員提供了有效的狀態分析和判斷手段。值班人員可以通過該系統中電流曲線的變化趨勢提前預知設備的異常狀態，并及時作出反應和采取有效措施杜絕故障的擴大。另外當設備發生故障時通過調用歷史曲線可以清楚看到故障發生時設備的工作狀態，有利于故障原因的排查和確定問題解決的方向。
5 研究和改進方向
    在該系統的基礎上增加AO模塊，實現重要部位交流電機電流檢測功能。同時充分利用車間生產系統網絡平臺的資源優勢，增加網絡功能，實現設備狀態信息共享，達到遠程維護與狀態分析的目的。