精轧机轴瓦温度在线监测系统的设计改造

wangshuailing

摘要：介绍宣龙高速线材有限责任公司将状态监测、故障预知及远程诊断技术应用于轴瓦的维护，通过对精轧机前后轴瓦温度进行网络化自动监测和在线诊断实现了对轴瓦的事故预知与实时监控。
    关键词：轧机；轴瓦；数据采集；实时监测；诊断；设计改造
    中图分类号：TG333.15 文献标识码：B

    宣龙高线精轧机采用国产顶交45°轧机，设计最高速度为115m/s，保证速度90m/s。在高速运转的精轧机组中，轴承是关键部件之一，其中对电机轴承温升的实时监测能可靠地反映其运行的稳定性。但现有监测系统中没有轴承温度的实时监测，仅靠不定期的检查，很难及早发现轴承故障隐患。将轴承温度信号测取出来，通过轧机生产线自动化网络系统，将其输入到人机接口，以随时掌握轴承温度变化情况，作出适时判断并采取必要措施，是确保精轧机安全稳定运行的有效手段。
    一、系统配置
    宣龙高线的自动化系统由三级控制系统和两层通信网络构成。二级控制系统由人机接口（HMI）、基础自动化系统和调速传动控制系统构成，分别完成不同的控制功能在这项改造中，充分利用到人机接口和基础自动化系统。
    1．人机接口（HMI）
    由高性能微机组成，主要实现自动化系统的人机接口功能，将采集到的参数进行动态显示，进行故障报警并记录，对生产报表进行生成、存储及打印等。
    2．基础自动化系统
    采用西门子公司最新型PLC S7-400和PLCS7-300系列产品。SIEMENS S7系列产品功能强大，配置灵活，有如下突出特点：(1)高速。极短的指令执行时间使S7-400和S7-300在竞争中脱颖而出；(2)坚固。即使在恶劣、不稳定的工业环境下，全封闭的模板依然可正常工作，无风扇操作降低了安装费用；(3)功能完善、强大。允许多CPU配置，功能更强、速度更快，同时，配有品种齐全的功能模板，充分满足现场需求；(4)通信能力强。分布式的内部总线允许在CPU与中央I/O间进行快速的通信，P总线与输入／输出模板进行数据交换，K总线将大量数据传送到功能模板和通信模板。
    本系统所选CPU装备了ProfiBus-DP接口，保证了对分布式I/O进行快速数据交换。强大的通信模板允许点对点通信，并可用工业以太网进行通信。
    ET200M是一个模块化的I/O站，具有IP20的保护等级。它可以用S7-300可编程控制器的信号模板和功能模板进行扩展。由于它可安装的模板范围很广，因此，ET200M适合于特殊的和复杂的自动化任务。ET200M是ProfiBus-DP现场总线上的一个从站，最大的传输速率是12Mbps。
    二、设计改造
    1．温度检测
    温度信号的测取通过放置在精轧机轴瓦内部测温孔中的铂热电阻PT100传感器完成。其测温范围可达一200~850℃，具有测量精度高、稳定性好的优点。
    2．ET200M与PLC之间的信号传输
    在精轧机附近的远程I/O站ET200M中增加一块模拟量输入模板，将铂热电阻连接到其任意通道中，以接收温度信号。由于PLC对远程I/O站模板信号状态的实时读取功能，能可靠的保证信号的快速传输，使温度信号实时不失真地传输到PLC中。
    PLC与各自的远程I/O站之间和调速传动之间采用ProfiBus-DP通讯网络。ProfiBus网是一种实时、开放性工业现场总线网络。其特点是使用数字传输，易于正确接收和差错检验，保证了数据的可靠性和准确性，有利于降低工厂低层设备之间的电缆连接成本。易于安装、维修和扩充，能及时发现故障，便于及早处理，最大优点是能充分利用智能设备的能力。
    ProfiBus网网卡的通信协议允许少量数据的高速循环通信，因而总线的循环扫描时间极短，在特定环境下可小于2ms。
    3．PLC与人机接口之间的信号传输
    PLC将从远程站读到的模拟量信号进行编程和处理，得到所需要的精轧机轴瓦温度的实际值，送到人机接口的显示屏。
    人机接口与PLC之间用以太网通信，实现彼此的信息交换。
    三、软件功能实现
    本系统对精轧机轴瓦温度进行24h在线监测，并对数据进行有效管理，具有故障报警和初步自动应急处理功能。
    l．实时信号采集、处理、报警及故障辅助处理功能
    图形软件采用ifix监控软件，具有实时监控，提供历史趋势图、报表、故障信息，人机界面良好，图形库丰富，还有过程控制及数学函数等功能。
    轴瓦温度的实际值用数字显示，并用大字体便于观看。在温度不正常的情况下，主画面的显著位置将出现温度报警和故障报警。当温度达到第一级报警值的设定温度时（报警温度可根据温度变化进行调节），画面中弹出黄色报警闪烁灯；当温度达到第二级报警值的设定温度时，画面中弹出红色报警闪烁灯，并发出声音报警在温升极快，操作人员来不及反应的情况下，自动控制程序将联锁，实时启动精轧机高压油顶设备，使润滑油及时供给，冷却轴瓦，保护设备。
    2．趋势分析功能
    通过FIX画面系统，对实时反馈的温度值进行历史趋势记录、分析。
    实时采集的在线监测数据除即时显示外并自动进行趋势记录，保存大约1个月的时间，根据其运行周期对每天的趋势数据及动态曲线存档保留，作为历史数据以便于今后进行分析比较。
趋势曲线可以较好地反映温升状态，画面还提供了对时间坐标轴的修改功能，可以在任意一个时间段内显示趋势曲线，便于分析比较。