張春燕，時(shí)元海，李 斌

(1．萊鋼集團(tuán)機(jī)動(dòng)設(shè)備部，山東 萊蕪 271104;2．萊鋼集團(tuán)銀山型鋼板帶廠，山東 萊蕪 271104)

1 前言

萊鋼1 500 mm寬帶生產(chǎn)線有8臺(tái)交交變頻主傳動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)及3套附屬潤滑站設(shè)備，屬寬帶生產(chǎn)線核心設(shè)備。由于機(jī)組長期連續(xù)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，容易出現(xiàn)軸瓦超溫、風(fēng)壓、水壓異常、定子溫度異常、振動(dòng)異常等故障。如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些事故隱患，則極易造成停機(jī)事故，嚴(yán)重時(shí)可能造成人身和設(shè)備事故，給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重?fù)p失。因此，如何更好地監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況，及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)事故隱患顯得尤為重要。

萊鋼集團(tuán)銀山型鋼板帶廠利用西門子S7-400等編程控制器開發(fā)了在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過一年多的運(yùn)行實(shí)踐，取得了良好的效果。

2 系統(tǒng)概況

2.1 原設(shè)備狀況

原主傳動(dòng)電機(jī)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)大多數(shù)在控制室內(nèi)儀表盤上顯示，且其中一部分進(jìn)入主傳動(dòng)程序參與控制。但對(duì)電機(jī)狀況無數(shù)據(jù)顯示，三套潤滑站系統(tǒng)同樣僅有指示燈、儀表等顯示儀器，無法對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行很好地觀測(cè)。

2.2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)運(yùn)行情況、實(shí)際設(shè)備，建立相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理如下。

安裝在主傳動(dòng)電機(jī)及潤滑站各部位的信號(hào)傳感器用于采集各種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信號(hào)(如定子溫度、軸瓦溫度、風(fēng)壓、水流量、潤滑站壓力等)，采集到的信號(hào)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的分站，經(jīng)過通訊線傳輸?shù)絇LC主站進(jìn)行處理，經(jīng)處理后通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)內(nèi)利用人機(jī)界面將數(shù)據(jù)顯示。將計(jì)算機(jī)放在值班室，值班人員可以很直觀地看到現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)運(yùn)行狀況、潤滑站壓力波動(dòng)情況等。開發(fā)軟件中的數(shù)據(jù)趨勢(shì)記錄功能，使其能夠提供數(shù)據(jù)查詢，以便于進(jìn)行總結(jié)、比較和進(jìn)一步分析。

2.3 系統(tǒng)組成

根據(jù)系統(tǒng)要求，本在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)采用一套西門子的S7-400可編程控制器。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)主電機(jī)位置情況以及信號(hào)點(diǎn)的數(shù)目情況，每兩個(gè)主機(jī)使用一個(gè)ET200分站，對(duì)于三個(gè)潤滑站采用S7-400主站直接掛S7-300從站的形式。S7-400主站與2個(gè)PC站(上位機(jī))用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊。這樣既保證了PLC系統(tǒng)的可靠性，又節(jié)省了成本。

3 系統(tǒng)配置

3.1 硬件配置

本系統(tǒng)是建立在S7-400控制器和工控機(jī)平臺(tái)之上的分布式系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，一是自動(dòng)化以太網(wǎng)絡(luò)控制級(jí)，二是基礎(chǔ)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線控制級(jí)。

系統(tǒng)硬件配置圖和S7-400硬件組態(tài)圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 系統(tǒng)硬件配置圖

圖2 S7-400硬件組態(tài)圖

(1)自動(dòng)化以太網(wǎng)絡(luò)控制(第一級(jí))。以S7-400PLC系統(tǒng)作為控制核心，由兩臺(tái)上位機(jī)、PLC控制單元加以太網(wǎng)卡等組成工業(yè)以太網(wǎng)，監(jiān)控站利用組態(tài)軟件WinCC實(shí)現(xiàn)對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)控制，通過 ET200分布I/O通信對(duì)溫度、壓力等參數(shù)進(jìn)行采集，上位機(jī)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理并做數(shù)據(jù)保存，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷功能。

(2)基礎(chǔ)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)總線控制(第二級(jí))。PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)集成的最底層，主要是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。主站S7-400PLC通過 PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)與各從站通信，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件將信號(hào)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)ET200和S7-300從站，再通過通信傳送到主站PLC。PROFIBUS-DP主要用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳送，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制功能。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)采用 Windows 2000 Professional中文版本，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用 WinCC 6.0組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)。

3.3 系統(tǒng)功能

(1)畫面顯示功能。采用西門子WinCC 6.0軟件對(duì)進(jìn)入RLC程序的各種參數(shù)進(jìn)行組態(tài)編輯。運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、閃爍、變色等功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)包括潤滑泵狀態(tài)、啟停運(yùn)行狀態(tài)、壓力狀態(tài)、溫度等。主機(jī)潤滑站狀態(tài)監(jiān)控如圖3所示。

(2)數(shù)據(jù)處理功能。對(duì)系統(tǒng)采集的各種信號(hào)進(jìn)行處理，利用各種計(jì)算功能、數(shù)據(jù)變換功能等實(shí)現(xiàn)。以圖4中電機(jī)溫度數(shù)據(jù)的顯示進(jìn)行說明，接入溫度信號(hào)的最初數(shù)據(jù)為模擬量，經(jīng)過模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)為字符串格式，再由字符串格式轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)格式。整個(gè)轉(zhuǎn)換過程在程序中實(shí)現(xiàn)。主電機(jī)本體運(yùn)行狀態(tài)如圖4所示。

(3)報(bào)警記錄功能。實(shí)時(shí)地發(fā)出所有發(fā)生故障的參數(shù)的聲光報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。

(4)報(bào)表功能與歷史趨勢(shì)功能。根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可匯制報(bào)表和歷史趨勢(shì)圖，以便隨時(shí)進(jìn)行查看。

4 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用效果

自主傳動(dòng)電機(jī)及潤滑站系統(tǒng)安裝在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)以來，運(yùn)行平穩(wěn)可靠、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、操作使用方便，收到了良好的效果;同時(shí)也使設(shè)備管理進(jìn)一步規(guī)范化和合理化，為推廣這種先進(jìn)的設(shè)備管理模式積累了經(jīng)驗(yàn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)管理。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)24 h不間斷地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組各測(cè)點(diǎn)的溫度、油壓、設(shè)備狀態(tài)等過程參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)并通過各種圖形、曲線及數(shù)據(jù)表格等形式進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯和分類管理，進(jìn)一步形成各種趨勢(shì)分析結(jié)果;當(dāng)設(shè)備運(yùn)行異常時(shí)，聲、光超限報(bào)警和梯度報(bào)警功能報(bào)警;各種監(jiān)測(cè)結(jié)果可以監(jiān)測(cè)報(bào)表形式隨時(shí)進(jìn)行打印;同時(shí)能完成與管理機(jī)的實(shí)時(shí)通信，便于上級(jí)主管部門及時(shí)掌握機(jī)組的運(yùn)行狀況。

(2)科學(xué)、準(zhǔn)確地分析診斷設(shè)備在線故障。系統(tǒng)配置的智能故障診斷系統(tǒng)能識(shí)別在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的運(yùn)行設(shè)備各種特征參數(shù)及其變化，為設(shè)備維護(hù)和管理人員合理決策提供可靠的依據(jù)。

(3)提高了設(shè)備作業(yè)率，降低了崗位操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，延長了設(shè)備的使用壽命。在安裝在線監(jiān)測(cè)之前，設(shè)備值班人員每天每小時(shí)須對(duì)主傳動(dòng)電機(jī)各種信號(hào)及潤滑站壓力、電流等進(jìn)行點(diǎn)檢，設(shè)備稍有異常，值班人員就將巡檢次數(shù)增加，并且還要認(rèn)真詳細(xì)記錄大量有關(guān)的數(shù)據(jù)。實(shí)施在線監(jiān)測(cè)之后，值班人員足不出戶就能對(duì)設(shè)備狀態(tài)了若指掌。而且根據(jù)在線數(shù)據(jù)對(duì)一些異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析、判斷，可以避免許多不必要的停機(jī)。

(4)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，避免了多次設(shè)備停機(jī)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，并能夠根據(jù)曲線進(jìn)行分析，從而制定相應(yīng)的措施，避免重大設(shè)備故障。