论文部分内容阅读
摘 要：某高线生产线为全连轧热轧生产线，主要产品为Φ5-Φ12盘条和盘螺，设计年生产产量50万吨。本文主要介绍了该生产线由于设计、制造、控制等一系列问题而进行了主电机励磁控制系统的优化改造。从励磁控制系统保护不完善、励磁线圈的设计线径较细、电流检测元件检测出现偏差等问题着手，对电机励磁控制程序、WinCC画面和6RA70箱参数进行修改，轧机直流主电机保护得到完善，解决了励磁电流原因引起的电机烧损故障，同时，直流电机运行温度正常，电机振动减少，并且降低了运行噪音。
关键词：高线；轧机直流主电机；励磁控制系统
由于部分电控设备不能够正常运行，该生产线生产不能够稳定进行，生产作业率较低。轧机主电机励磁控制部分故障尤为突出，主要表征为：主电机励磁部分发热打火，致使轧机直流主电机系统报故障，电机励磁部分绝缘下降，甚至出现电机烧毁故障。经研究分析，以上故障是由于在产前调试过程中，直流主电机传动控制参数设定出现问题，同时设计选型和电机保护控制联锁不完备，从而引起主电机不能稳定的运行，故障率高，直接影响该生产线生产的稳定进行。
依据上述原因，如果不及时解决以上问题，会经常发生设备故障，生产作业率将大大降低。
1 生产过程中轧机直流主电机励磁控制系统遇到的问题
直流电机是将直流电能转换为机械能量的电机。因其良好的调速性能而在轧钢生产中得到广泛应用。励磁是向电机提供定子电源的装置，是直流电机的重要组成部分。励磁在直流电机中的作用是产生励磁电流形成磁场来保证直流电机能够进行调速控制。
下面是该高线生产线生产过程中轧机直流主电机励磁控制系统遇到的问题：
1）电气设备的长期运行，很多在线检测元件灵敏度下降，励磁保护控制联锁不完备，致使直流电机励磁线圈烧损。
2）直流主电机励磁线圈线径细，无法承载较大的运行电流。
3）轧机直流主电机励磁调节为闭环调节，在生产调速过程中，由控制系统向6RA70控制箱发出励磁电流给定值，同时电流检测元件检测实际运行的电流值，并将实际电流值反馈至控制系统与给定值进行比较，若实际电流值小于控制系统的给定电流值，控制系统将增大励磁给定电流值，6RA70控制箱增大励磁电流；若实际电流值小于控制系统的给定电流值，控制系统将减小励磁给定电流值，6RA70控制箱减小励磁电流。由于电流检测元件出现问题，检测误差增大，并且由于器件老化原因其灵敏度下降，励磁电流回馈值就会出现问题。若电流检测元件检测到的电流值比实际运行电流值小，那么控制系统将会增大励磁电流给定值，可能超过直流电机的励磁额定电流值；同样检测元件检测到的电流值比实际运行电流值大，那么控制系统将会减小励磁电流给定值，有时偏差过大时，控制系统将会继续减小给定值趋近于零。以下状况均会引起直流电机运行失控，引起生产停机和设备损坏，并且励磁实际电流超过直流电机额定电流并长时间运行时，电机励磁部分电流过大将会烧损电机；励磁实际电流过小甚至为零时，将会引起直流电机速度加快，甚至出现“飞车”现象，设备隐患非常大，甚至对现场安全生产造成威胁。
4）6RA70箱报F005励磁故障，现场电机励磁线包过热烧毁。
2 针对直流主电机励磁控制系统问题的优化改造情况
通过以上情况可看出为励磁部分问题，因此，需对主传动直流电机励磁控制系统进行优化和改进。下面介绍为具体优化改进情况。
1）对直流主电机励磁控制的PLC程序进行优化：因电机励磁线圈的线径细，无法承载较大的启动电流（超过额定电流50A）的冲击，通过PROFIBUS-DP网络，将6RA70控制箱的励磁电流给定参数用状态字的形式上传上位机。在PLC程序中增设专门限制电机励磁电流给定超限幅的子程序。通过在PLC程序中增加励磁电流限幅来完成直流主电机的联锁保护功能。将读取的状态字经计算变换成实际电流，把变换出的实际电流与直流电机额定电流进行比较，若实际电流值大于直流电机额定电流的85%并延时0.2秒，则认为系统出现故障，此时传动装置输出重故障并立即停车。
2）完善上位机WinCC画面：为了能够更系统全面的了解直流主电机的运行状况，可以在最短的时间内应对发生的故障，降低故障对其他设备和人员的影响。将上位机WinCC画面中增加检测到励磁电流大于额定电流80%和检测到的励磁电流为0的报警功能。同时在WINCC历史趋势画面中增加励磁回馈电流值和励磁触发电流曲线，以便于实时监测各直流主电机的运行状态。
3）修改6RA70控制箱设定参数：在6RA70控制箱中设定读取励磁给定电流的状态字，通过PROFIBUS-DP网络通讯把6RA70装置的励磁状态字的传递给上位机，作励磁给定电流的百分数，便于作曲线进行故障分析。
3 小结
下面对高线轧机直流主电机励磁控制系统优化进行小结，主要通过以下工作完成：
3.1 传动参数优化
我们将传动柜1D-18D的控制装置（6RA70）的励磁电流参数P250（励磁整流器触发角的整流固定限幅），由原来的全部开放角（0度角）通过分别计算各机架励磁整流器最大触发角度，最终修定为45度角，可以有效限制直流电动机在上电建立励磁磁场励磁电流的峰值，以此用来保护由于励磁峰值电流过高对直流电机励磁绕组的冲击，避免电机励磁绕组过流烧毁。另一方面修改并增加U734参数（6RA70的状态字），把U734.005改为266（励磁电流反馈值），U734.006改为252（励磁触发电流值）并通过DP网络通讯到PLC2程序中，确定DB地址名，实数整形，再除以16384最终寄存在MD寄存器当中。在WINCC历史趋势中增加励磁回馈电流值和励磁触发电流曲线曲线，以便于实时监测各直流主电机的运行状态。
3.2 完善PLC保护联锁程序
增加励磁电流限幅来完成直流主电机的联锁保护功能，若实际电流值大于直流电机额定电流的85%并延时0.2秒，则认为系统出现故障，此时传动装置输出重故障并立即停车。运转时励磁突然为零，输出重故障立即停车，若直流电机起车后励磁电流为零时，主画面闪烁报警。
经优化改造后，轧机直流主电机励磁控制改造后主传动电动机的保护联锁得到完善，解决了励磁电流原因引起的电机烧损故障，同时，直流电机运行温度正常，电机振动减少，并且降低了运行噪音，大幅度减少设备停机时间，且降低了工人的劳动强度，方便了检修维护。
关键词：高线；轧机直流主电机；励磁控制系统
由于部分电控设备不能够正常运行，该生产线生产不能够稳定进行，生产作业率较低。轧机主电机励磁控制部分故障尤为突出，主要表征为：主电机励磁部分发热打火，致使轧机直流主电机系统报故障，电机励磁部分绝缘下降，甚至出现电机烧毁故障。经研究分析，以上故障是由于在产前调试过程中，直流主电机传动控制参数设定出现问题，同时设计选型和电机保护控制联锁不完备，从而引起主电机不能稳定的运行，故障率高，直接影响该生产线生产的稳定进行。
依据上述原因，如果不及时解决以上问题，会经常发生设备故障，生产作业率将大大降低。
1 生产过程中轧机直流主电机励磁控制系统遇到的问题
直流电机是将直流电能转换为机械能量的电机。因其良好的调速性能而在轧钢生产中得到广泛应用。励磁是向电机提供定子电源的装置，是直流电机的重要组成部分。励磁在直流电机中的作用是产生励磁电流形成磁场来保证直流电机能够进行调速控制。
下面是该高线生产线生产过程中轧机直流主电机励磁控制系统遇到的问题：
1）电气设备的长期运行，很多在线检测元件灵敏度下降，励磁保护控制联锁不完备，致使直流电机励磁线圈烧损。
2）直流主电机励磁线圈线径细，无法承载较大的运行电流。
3）轧机直流主电机励磁调节为闭环调节，在生产调速过程中，由控制系统向6RA70控制箱发出励磁电流给定值，同时电流检测元件检测实际运行的电流值，并将实际电流值反馈至控制系统与给定值进行比较，若实际电流值小于控制系统的给定电流值，控制系统将增大励磁给定电流值，6RA70控制箱增大励磁电流；若实际电流值小于控制系统的给定电流值，控制系统将减小励磁给定电流值，6RA70控制箱减小励磁电流。由于电流检测元件出现问题，检测误差增大，并且由于器件老化原因其灵敏度下降，励磁电流回馈值就会出现问题。若电流检测元件检测到的电流值比实际运行电流值小，那么控制系统将会增大励磁电流给定值，可能超过直流电机的励磁额定电流值；同样检测元件检测到的电流值比实际运行电流值大，那么控制系统将会减小励磁电流给定值，有时偏差过大时，控制系统将会继续减小给定值趋近于零。以下状况均会引起直流电机运行失控，引起生产停机和设备损坏，并且励磁实际电流超过直流电机额定电流并长时间运行时，电机励磁部分电流过大将会烧损电机；励磁实际电流过小甚至为零时，将会引起直流电机速度加快，甚至出现“飞车”现象，设备隐患非常大，甚至对现场安全生产造成威胁。
4）6RA70箱报F005励磁故障，现场电机励磁线包过热烧毁。
2 针对直流主电机励磁控制系统问题的优化改造情况
通过以上情况可看出为励磁部分问题，因此，需对主传动直流电机励磁控制系统进行优化和改进。下面介绍为具体优化改进情况。
1）对直流主电机励磁控制的PLC程序进行优化：因电机励磁线圈的线径细，无法承载较大的启动电流（超过额定电流50A）的冲击，通过PROFIBUS-DP网络，将6RA70控制箱的励磁电流给定参数用状态字的形式上传上位机。在PLC程序中增设专门限制电机励磁电流给定超限幅的子程序。通过在PLC程序中增加励磁电流限幅来完成直流主电机的联锁保护功能。将读取的状态字经计算变换成实际电流，把变换出的实际电流与直流电机额定电流进行比较，若实际电流值大于直流电机额定电流的85%并延时0.2秒，则认为系统出现故障，此时传动装置输出重故障并立即停车。
2）完善上位机WinCC画面：为了能够更系统全面的了解直流主电机的运行状况，可以在最短的时间内应对发生的故障，降低故障对其他设备和人员的影响。将上位机WinCC画面中增加检测到励磁电流大于额定电流80%和检测到的励磁电流为0的报警功能。同时在WINCC历史趋势画面中增加励磁回馈电流值和励磁触发电流曲线，以便于实时监测各直流主电机的运行状态。
3）修改6RA70控制箱设定参数：在6RA70控制箱中设定读取励磁给定电流的状态字，通过PROFIBUS-DP网络通讯把6RA70装置的励磁状态字的传递给上位机，作励磁给定电流的百分数，便于作曲线进行故障分析。
3 小结
下面对高线轧机直流主电机励磁控制系统优化进行小结，主要通过以下工作完成：
3.1 传动参数优化
我们将传动柜1D-18D的控制装置（6RA70）的励磁电流参数P250（励磁整流器触发角的整流固定限幅），由原来的全部开放角（0度角）通过分别计算各机架励磁整流器最大触发角度，最终修定为45度角，可以有效限制直流电动机在上电建立励磁磁场励磁电流的峰值，以此用来保护由于励磁峰值电流过高对直流电机励磁绕组的冲击，避免电机励磁绕组过流烧毁。另一方面修改并增加U734参数（6RA70的状态字），把U734.005改为266（励磁电流反馈值），U734.006改为252（励磁触发电流值）并通过DP网络通讯到PLC2程序中，确定DB地址名，实数整形，再除以16384最终寄存在MD寄存器当中。在WINCC历史趋势中增加励磁回馈电流值和励磁触发电流曲线曲线，以便于实时监测各直流主电机的运行状态。
3.2 完善PLC保护联锁程序
增加励磁电流限幅来完成直流主电机的联锁保护功能，若实际电流值大于直流电机额定电流的85%并延时0.2秒，则认为系统出现故障，此时传动装置输出重故障并立即停车。运转时励磁突然为零，输出重故障立即停车，若直流电机起车后励磁电流为零时，主画面闪烁报警。
经优化改造后，轧机直流主电机励磁控制改造后主传动电动机的保护联锁得到完善，解决了励磁电流原因引起的电机烧损故障，同时，直流电机运行温度正常，电机振动减少，并且降低了运行噪音，大幅度减少设备停机时间，且降低了工人的劳动强度，方便了检修维护。