西门子传动及网络系统升级优化分析

西门子传动及网络系统升级优化分析

朱先哲

本钢浦项冷轧薄板有限责任公司，辽宁 本溪 117000

摘要：车间电气设备在线运行15年，部分电气设备老化，功率降低，故障频繁发生，影响正常生产顺利进行。经测试分析，发现生产线电气系统存在大量設备隐患，主要问题出现在DP网络系统、传动装置、接地系统。通讯故障和变频器故障，造成系统停车。一旦出现该类故障，就会使轧机里堆钢，对设备损害非常严重，而且处理起来时间较长，严重影响工厂的正常生产运行。

关键词：西门子传动；网络系统；升级优化

引言：车间电气设备在经过15年使用后，部分电气故障率高，重复性故障发生频繁，影响正常生产顺利进行。本文主要探讨了西门子传动及网络系统升级优化。

1.故障现象

重卷线在生产过程中，由于设计、环境等诸多因素的影响，并随着电气设备的老化电气事故不断增多。主要问题在DP网络系统、传动装置、接地系统，通过DP网络测试软件Profitrace测试，重新设置DP网络，重新敷设并增加屏蔽防护，6SE70逆变器技改后，使电气设备故障率大幅降低，保证了设备的正常运行^[1]。

2. 故障分析

2.1 PLC的DP网络故障问题

由于网络中断，导致重卷机组急停信号进入PLC，从而使全线轧机停车堆钢，编码器信号缆和PLC的总线电缆受到动力缆的干扰；由于前期设计不完善以及施工不严谨，使得编码器信号缆和总线电缆在敷设时没有严格按照DP电缆布置说明施工。总线电缆连接头连接不好；由于前期施工时没有使用DP线剥线的专用工具，而使用电工刀和钳子等工具，可能在剥DP线时对铜芯造成伤害。总线电缆信号衰减，经过几年的使用后，IM通讯模块有可能出现功能减退等问题，严重影响生产^[2]。

2.2 6SE70逆变器故障处理问题

机组传动设备均采用西门子6SE70变频系统。 精整传动设备是以多台逆变器共用整流装置供电方式的交-直-交变频方式。在实际使用中，由于负荷量大或现场因素极容易造成逆变器频繁过载、过流，对设备损害非常严重，容易造成逆变器内部IGBT组件击穿，从而减少装置的使用寿命。在更换过程中，由于安全起见，需整体停电（将整流装置电源拉闸），然后待放电结束后，才可断开各个装置的分送电刀熔开关。这样，更换逆变器处理故障的时间长，同时，影响精整、收集整体设备的运行，严重影响生产的顺利进行。

2.3 接地问题

主电室接地系统较差，未达到标准的接地要求，易对通讯信号的传输造成干扰，使系统通讯重故障。

3.故障解决办法

根据以上故障原因分析结果，特提出以下解决办法。

3.1 PLC的DP网络故障问题的处理

1、通过DP网络测试软件Profitrace测试机组PLC就地远程站路DP网络^[3]，根据测试结果决定采取以下改造措施：网路顺序：CPU（1）→开卷机（2）→1#拉矫机（3）→2#拉矫机（4）→3#拉矫机（5）→4#拉矫机（6）→5#拉矫机（7）→6#拉矫机（8）→7#拉矫机（9）→8#拉矫机（10）→卷取机（11），DP网络电压（CPU处测试），改波特率500 Kbps至187.5 Kbps，分别在CPU、入口I/O站（12）和出口I/O站（13），发现信号不正常，并依次甩掉各个远程站，测试波形，发现信号依然不正常。

根据测试结果决定采取以下改造措施：①在5#拉矫机（7）后加中继器；②入口I/O站（12）IM153模板；③同时更改网络拓扑结构，网路顺序由原来CPU（2）→三号台（9）→精轧远程站右（4）→精轧远程站左（3）→轧机液压站（6）→粗轧远程站（5），改为CPU（2）→精轧远程站右（4）→精轧远程站左（3）→轧机液压站（6）→粗轧远程站（5），精轧远程站左（3）→三号台（9）。

2、降低原来的DP通讯速率。^[4]由原来的500Kbps降低为现在的187.5Kbps，使其降低故障发生率。④延长网络报文故障时间，由1ms改为1000ms，降低逆变装置网络重故障。⑤将PROFIBUS-DP连接头改为光电隔离连接，进一步将电磁干扰对DP网络的影响降低；使用了FastConnect（DP网头专用工具）并在做好的DP头上加锡，消除网络接头处接触不良引起的信号问题。⑥更换部分干扰较为严重的编码器信号缆和总线电缆，重新铺设。⑦网络路末端装置上加装端结PROFIBUS的电阻，使其起到屏蔽干扰的作用。改造后网络各站电压基本恢复正常^[5]。

3.2 6SE70逆变器故障处理的方法及应急措施

当发生过压、欠压故障时，装置会在面板上显示故障代码，如西门子6SE70系列为：过压F006、欠压F008。

欠压和输入交流电源过压：说明变频器电源输入部分有问题，指输入电压超过正常范围，一般发生在节假日负载较轻，电压升高或降低而线路出现故障，此时最好断开电源，检查、处理。用万用表检查供电电压是否正常、检查供电回路自动开关、交流接触器、快熔等器件是否损坏，必要时更换。

过压类故障：变频器的过电压集中表现在直流母线的直流电压上。正常情况下，380V供电变频器直流母线电压为513V。在运行期间直流母线的储能电容将被充电，当电压上至一定值时，变频器过电压保护动作。因此，变频器有一个正常的工作电压范围，当电压超过这个范围时很可能损坏变频器。

发电类过电压出现的概率较高：主要是电机的同步转速比实际转速还高，使电动机处于发电状态，而变频器又没有安装制动单元。如当变频器拖动大惯性负载时，其减速时间设的比较小，在减速过程中，变频器输出的速度比较快，而负载靠本身阻力减速比较慢，使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高，电动机处于发电状态，而变频器没有能量回馈单元，因而变频器直流回路电压升高，超出保护值，出现故障，处理这种故障可以增加再生制动单元，或者修改变频器参数，把变频器减速时间设的长一些。

过流故障可分为加速、减速、恒速时过电流。过载故障包括变频器过载和电机过载。过流故障原因可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，变频输出短路或接地等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器内逆变电路已损坏，需要更换变频器。

过载故障可能是加速时间太短，直流制动量过大、电网电压太低、负载过重、抱闸等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压、调整抱闸等方法。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。

3.3 接地系统改造

对于组件的接地，一般选用40*4mm的扁钢或者φ10或者φ12的圆钢，最后埋入深度1.5m的地下，光伏组件的接地电阻要求不大于4Ω，对于达不到接地电阻要求的，通常采用添加降阻剂或选择土壤率较低的地方埋入。交流侧防雷保护一般由熔断器或断路器和防雷浪涌保护器构成，主要对感应雷电或直接雷或其他瞬时过压的电涌进行保护，SPD的下端接到配电箱的接地排上。

根据《建筑电气工程施工质量验收规范》6.1.1柜、屏、台、箱、盘的金属框架及基础型钢必须接地(PE)或接零(PEN)可靠;装有电器的可开启门，门和框架的接地端子间应用裸编织铜线连接，且有标识。配电箱内设备所有的接地线均要与PE排连接，再由PE排引出。

结束语：本文针对传动问题进行了细致的排查，通过对DP网络的优化和变频器升级改造从而处理了此故障，确保设备的稳定运行。

参考文献：

[1]辛兴.西门子S120变频器在钢管生产线上的应用[J].电子测试,2018(11):78-79.

[2]黄智坚.西门子S120变频器对麦尔兹窑上料小车的保护[J].自动化应用,2018(05):46-47.