SCR铜杆生产线旋转剪电气故障分析及改进

2022-04-13朱其斌

铜业工程 2022年1期

朱其斌，吕苗

（江西铜业集团铜材有限公司，江西贵溪 335424）

1 引言

SCR连铸连轧铜杆生产线因作业率高、操作简便、上手快，自动化控制程度高，能保障生产线实现连续、稳定、高效运行，现已广泛应用于国内外铜铝杆加工行业［1］。江铜集团铜材公司分别于2003年、2006年引进了美国南线公司SCR3000/4500连铸连轧铜杆生产线，设计Φ8mm铜杆年产能为37万t［2］。旋转剪是该生产线的关键部件，对整条生产线起着承上启下的作用，但在实际生产过程中，其设定处于停止运行状态。唯有摩根轧机发生设备故障，或轧机内铜杆产生挤线时，才会自动旋转剪切，或按生产工艺的要求采取手动方式剪切铜铸坯。

在建厂试生产阶段，由于对进口旋转剪使用管理经验不足，旋转剪逆变器发生偶发性故障，不能启动运行，导致生产中断，西门子70系列逆变器上出现008锁定状态，在逆变器复位后又正常，而其正常状态是009待机状态，锁定状态无报警，导致整条生产线停产，生产线更换系统需3.5h，期间前段炉铸区仍在点火燃烧保温，天然气浪费大。

偶发性电气故障在电气维修行业里又称幽灵故障，是电气维修人员最头痛的问题。在连铸连轧铜杆过程中，一旦摩根轧机发生故障停机，或更为严重的是旋转剪在运行中偶发故障而不启动旋转剪切，若操作人员第一时间处理不及时，极易造成铜铸锭拱起倒锭、中断生产。当高温铜铸锭倒下时，必然会损伤五轮钢带式浇铸机及其附属设备，促使浇铸机等设备故障进一步扩大化，严重威胁人身安全，导致生产成本大增。随着低氧铜杆产品市场竞争的日趋激烈，设备的安全、高效、稳定运行对生产成本的管控极为重要，因而针对SCR连铸连轧铜杆旋转剪电气故障进行分析和改进迫在眉睫。

2 进口旋转剪设计原理

从铸轮浇铸出的铜铸坯由出口夹送辊进行牵引，送入1#旋转剪剪切，这时桥架打开，轧机入口夹送辊呈打开和旋转状态，皆是在过线前准备阶段，所以铜铸坯不进入预处理系统。过线生产时，按下1#旋转剪停止按钮，桥架下落成水平1#旋转剪停止且上下刀口成水平状态，铜铸坯通过桥架进过入口夹送辊进入预处理机的前部，同时入口夹送辊会自动下压，夹住铜铸坯使之能更顺利地进入预处理，预处理机对铜铸坯进行校正、刻痕、削边后进入粗轧，在粗轧1#站受力后，2个夹送辊同时自动打开，并保持旋转状态，时刻准备剪切时能下压牵引铜铸坯。

该旋转剪设于五轮钢带式浇铸机夹送辊之后，开始连铸后，会连续将铜铸坯剪断为约0.8m长的铜铸锭，铜铸坯被剪断直至摩根粗轧机和精轧机完成设定，且其性能完全符合轧制要求；准备过线生产时按旋转剪停止按钮，旋转剪立即停止剪切，铸坯经过预处理系统进入摩根轧机轧制再到成品Φ8mm铜杆。当系统存在故障或设备处于某种状态下，旋转剪将自动启动且将铸坯再次剪切成碎段。如摩根轧机区域有急停信号，摩根轧机发生故障，堆铜故障、堆铜检测，连铸机速度低于给定值，介质设备发生故障等。

其主要工艺流程为：铜原料→加料提升机→竖炉→上溜槽→渣箱→回转式保持炉→下溜槽→浇包→五轮钢带式浇铸机→夹送辊→旋转剪→预处理机→摩根轧机→无酸清洗→卷取→五位输送站→钢带打包系统。

3 存在的问题

2019年旋转剪异常停机故障原因及时间见表1。经统计、分析及初步诊断，该旋转剪发生偶发性幽灵故障的原因有以下几点。

表1 2019年旋转剪异常停机故障原因及时间

（1）逆变器参数设置存在问题。人机交互困难，不能有效地反应出逆变器的实际工作状况，易导致查找处置故障时间延长。

（2）安全继电器及串接在安全继电器上的急停开关回路异常断开；旋转剪急停开关安装位置不合理。易受到振动、温度、湿度、安装角度及海拔等外界环境因素的影响而发生误动作。

（3）驱动控制PLC程序逻辑不合理,PLC程序设计存在缺陷。

4 SCR铜杆生产线旋转剪电气故障分析及改进

通过现场进行逐一排查分析旋转剪异常停机故障原因，得出以下几点结论。

（1）逆变器参数设置对比确认。该厂拥有两条SCR铜杆生产线，其主要工艺过程和控制技术参数完全一致，因此可充分利用SIMOVERT MASTERDRIVES软件连线SCR4500生产线主控可编程控制器S7-400，检查旋转剪驱动控制程序，并与逆变器的过流（过压）保护参数、温度保护参数、速度检测等设置参数进行对比。结果显示，SCR3000旋转剪逆变器参数设置无误。

（2）检测SIEMENS 3TK28型安全继电器。根据电气接线图仔细进行排查，跟踪旋转剪安全继电器的动作状况，梳理关联部位并逐一进行测试，急停信号有4个安装在不同工位的急停按钮串接在安全继电器输入端口上，3个输出信号分别输送至驱动控制器的快速停止输入端、ESTOP OK信号送PLC400到驱动安全切断输入端。测试中不难发现，只有在急停信号中断时，才可能出现008（锁定状态，使能信号中断）。紧固各电气元件的接线，逐一更换新电气元件，但问题却一直悬而未决，设备故障仍会偶发，不可预见性强，但复位后设备又能正常运行［3-5］。

（3）排查SCR3000旋转剪驱动程序逻辑。利用PG STEP 7连接S7-400PLC进行在线诊断、比较，旋转剪逆变器在009待机状态下启动旋转剪，现场反复按下、拨起外部的急停按钮，测试逆变器是否会从008变成009待机状态。通过现场测试发现，在拨起按钮的瞬间的振动触发逆变器锁定（008）。通过该现象，考虑到现场急停操作站处于高热、振动的工况下，当振动频率接近触簧系统固有振动频率的时候，簧片的晃动幅度就会增大，最后将会导致触头接触力的剧烈变化。在这种情况下，若增大振动加速时，甚至会出现触电接触力为零的情况［6］，也就是常闭触头突然有瞬间接触不良。

（4）改进驱动控制PLC程序逻辑。针对按钮因外界因素的异常振动而导致常闭触点瞬间失电的故障，拟在旋转剪驱动控制的主程序中，加入对急停按钮误动作的保护接点，增设了一个延时保护程序段5，T13时间设定为100ms。在S7-400程序中增加100 ms延时，见图1。通过现场不断地反复测试，并经过长时间的生产运行，未出现偶发性触发逆变器锁定故障。