精轧机LCI装置自动化系统升级改造

引言

宣钢三高线精轧机主电机作为高线生产线的绝对核心设备，由于原设计中上位机可记录的数据不够完善，所以不利于及时发现和解决故障问题，鉴于此原因对精轧机的自动控制系统进行了数据完善和升级改造。

一、精轧机的工艺设备及技术参数

1、工艺设备

宣钢高强度棒线材生产线（三高线）精轧机组布置于3号飞剪之后，水冷装置之前，为轧制生产工艺的第19#～28#机架，采用国产顶交45°轧机，该轧机借鉴了摩根五代轧机的先进技术，最高设计速度为115m/s，保证速度90m/s。其作用是通过机组10机架连续微张力轧制，将上游轧机输送的φ17～22mm的轧件，轧制成φ5.5～16mm的成品线材。

2、技术参数

精轧机组采用同步电动机驱动，为上海电机厂生产出品，型号为TDZGS5500-4，功率5500KW，额定转速1500φr/min。电气传动部分采用西门子公司Load-commutated Inverter逆变器装置进行控制，具体名称为负载换流逆变器，简称LCI。对于经常在高速运行的精轧机组机械设备，在LCI装置驱动同步电机的控制中，该装置提供逆变器晶闸管关断的超前电流，在起动和低速时，一般采取断续换流的办法，换相方式采用负载反电动势换相，具备适用于高转速的调速系统和10：1无级调速范围的优点，是高线生产线常用的电气控制装置。

3、自动控制系统

精轧机传动柜通过DP网与PLC实现通讯，上位机与PLC通过工业以太网（Erhernet）进行通讯，以太网是总线型局域网，传输介质为同轴电缆，速率为10mbps。S7-400主站通过CP443-1模板与上位机CP1413通讯板构成的Erhernet网络。CP443-1有自己的微处理器，能独立处理经过以太网的数据业务，模板自身的处理器层1到层4符合国际标准，可进TCP/IP等多重传输协议的操作。PLC上的Erhernet网络属性通过STEP7软件配置。CP1413是一种ISA卡件，多协议结构，能同时运行两个协议，并直接在CP上处理协议，因此能实现稳定的数据吞吐量。上位机上的CP1413网络配置能过SIMATIC NET软件配置。

可编程序控制器SIMATIC S7 400采用标准的模块式结构，电源、CPU、各种I/O模板都插在一块中央基板上，并可以根据不同的I/O点数增加扩展模板，输入、输出模板和存储器的精细分级，使得这种装置具有较强的配置适应能力；通过通讯处理器和以太网，可以方便地实现PLC之间及与计算机的通讯。

二、自动化系统的升级改造

精轧机在运行过程中多次出现故障，由于技术数据和自动控制系统的不完善，很多重要的参数都没有引入到系统中，导致故障无法分析判断，成为该系统的需要完善和修改的地方。

针对LCI运行故障的分析进程，如能实现对两系统工作电流的实时监控和趋势记录，真正捕捉到在故障发生的时间点上两系统的工作状态，对后续确定故障点和排除问题至关重要。故而必须读取到两系统的电流值，并将电流模拟量数据引入轧线自动化PLC系统，通过进一步编程运算，实现在主轧线自动化WINCC监控画面上显示实时数据，并通过WINCC软件的趋势归档功能，对数据进行全程的趋势记录，确保为后续故障排除提供可靠的电流数据依据。

通过对三高线自动化系统的调研和可行性分析，确定利用与LCI装置同样位于三号电气室内的PLC3系统实现此项改造。

具体的工作为：将PLC3系统中第七插槽的AI模板进行重新配置，模板型号为6ES7 431-1KF10-0AB0，可以配置八通道模拟量，原设计中，第六和第七通道为备用通道，配置模拟量采集信号为4—20MA电流信号。由于需要采集的精轧机两系统电流信号为电压型，所以对两个通道进行重新配置和软件更新，修改为+-10V测量方式。配置完成后，将电流从LCI系统中引出，合理走线路由，将电流信号成功引入PLC3。在PLC3项目中编程运算，实现了两系统电流值的读取。为了便于事故分析，进行了WINCC软件趋势归档记录，并将其同精轧机速度给定、实际运行速度、电机电流等参数放置于WINCC同一趋势记录画面中。此项改造完成之后，可以监控到精轧机在启车后运行轧制中，两系统的电流基本相等。精轧机再次出现了同样的非正常速降事故，通过查看曲线记录，清晰完整的确定了事故故障点，精轧机在正常轧钢抛钢时，系统2电流几乎为零，系统1正常，所以当下根钢咬钢时，只剩下系统1正常工作（系统1电流等于总电流，为752A），无法承担轧制负荷，造成降速堆钢。

此项改造的实施完成，实现了既定的改造目的，达到了预期的良好效果，确定了故障点，为后续故障的全面排除提供了重要的数据依据，为后续处理的方向打下了基础。

该项技术改造为宣钢三条高速线材生产线精轧机LCI装置的首创，在西门子LCI装置软件程序保护的客观前提下，创新思维，将只能依靠于硬件仪器短时测量的电流值，依托轧线PLC控制系统模拟量输入模板的信号采集功能，通过自动化模板的配置和软件程序的编程计算，可靠准确的持续读取两系统实时电流值，并通过趋势归档记录长时间保存。填补了精轧机参数连接的技术空白。原设计中LCI系统中电机运行数据为系统内部参数，轧线自动化控制系统无法采集，为加强生产关键设备事故预防和运行监控，从LCI系统中采集励磁电流实际值进行监控，克服国外设备通讯数据结构资料短缺和语言困难，经过多次实验工作，最终通过DES软件将二、三高线精轧机励磁电流参数通过工业传动网络传送至PLC系统进行读取，实现了生产上位机的在线监控、趋势记录、电流高报警指示等功能，有利于监护、诊断主电机的运行情况。

五、结束语

针对高线精轧机西门子LCI装置进行难题攻关解决，特别是涉及的多项LCI系统功能优化和监控数据完善工作，均为宣钢高速线材生产线的首次应用。一系列的技改项目立足自身、深挖技术内潜，在西门子软件全部保护，且技术人员到位后依旧无法解决设备难题的前提下，通过以上多项重点工作的实施，彻底解决了制约生产运行的瓶颈难题，具备较高的技术水平。其中的重要参数读取监控技术，在宣钢三条高速线材生产线LCI装置中具有十分必要的推广应用价值，已经在三条高线推广应用实现了现代企业自动化水平的不断提升与创新。

（作者单位：宣钢检修公司）