西门子SM150在4300宽厚板轧机上的应用及维护策略分析

李英杰

摘 要：通过介绍4300宽厚板粗轧机及精轧机控制系统及传动系统配置，主要介绍西门子SMl50的IGCT功率元件、水冷系统、励磁系统及控制系统的结构组成、硬件配置、主要功能等，说明西门子SMl50在4300宽厚板粗轧机及精轧机的重要作用。以精轧机SM150传动系统预防性深度维护保养为例，通过对元器件的清扫与检测、对相模块进行彻底清洁与检测、进行系统检查与测试、对内部电路板、功率器件进行拆解清洁，设备在机调试等过程中发现的主要设备隐患，介绍了SM150主传动深度维护的方法步骤及检测方法，提出合理的解决方法。通过预防性深度维护保养中发现的故障隐患及维护后的使用效果，说明预防性维护保养的重要性，预防性维护是消除设备故障隐患，保障设备运行可靠性的重要方法，以期为今后的使用维护提供一些帮助。

关键词：4300宽厚板；SM150；维护策略

APPLICATION AND MAINTENANCE STRATEGY ANALYSIS OF SIEMENS SM150 ON 4300 WIDE AND HEAVY PLATE MILL

Li Yingjie

（SD Steel Rizhao Co.， Ltd.    Rizhao    276800， China）

Abstract：By introducing the control system and transmission system configuration of 4300 wide and thick plate roughing mill and finishing mill， this paper mainly introduces the structure， hardware configuration and main functions of Siemens SMl50 IGCT power element， water cooling system， excitation system and control system， and explains the important role of Siemens SMl50 in 4300 wide and thick plate roughing mill and finishing mill. Taking the preventive in-depth maintenance of SM150 drive system of finishing mill as an example， through the cleaning and testing of components， the thorough cleaning and testing of phase module， the system inspection and testing， the disassembly and cleaning of internal circuit board and power components， and the main equipment hidden dangers found in the process of equipment debugging on the machine， this paper introduces the methods， steps and testing methods of in-depth maintenance of SM150 main drive， and puts forward reasonable solutions. Through the hidden trouble found in the preventive in-depth maintenance and the use effect after maintenance， the importance of preventive maintenance is explained. Preventive maintenance is an important method to eliminate the hidden trouble of equipment and ensure the reliability of equipment operation， in order to provide some help for future use and maintenance.

Key words：4300 wide and thick plate; SM150; maintenance strategy

1    4300宽厚板轧机控制系统及传动系统配置

4300宽厚板粗轧机及精轧机主电机控制系统配置了2套TDC自动化控制系统（L1级）、2个HMI操作站、2个工程师站、1台模型计算机及1台数据库计算机（L2级）、4套西门子SMl50传动系统。西门子SMl50通过Profibus—DP与TDC自动化控制系统控制器通信，实现现场设备的主从连接。

粗轧机传动系统主要由2台粗轧机主电机、2套主传动系统西门子SMl50、2套主电机冷却水系统、1套电机润滑油系统、1套工程师站组成。2台粗轧机主电机均为双绕组结构，各由1套西门子SMl50控制，配备1套水冷装置和1套励磁装置。粗轧机主电机控制主回路如图1所示[1]。

精轧机传动系统跟粗轧机配置相同，区别是精轧机主电机均为三绕组结构。精轧机主电机控制主回路如图2所示。

2    西门子SMl50主要配置及控制功能

SM系列为中压系列，功率元件主要采用IGCT（IGCT为模块结构，拆装方便且非常适用于大功率环境）。主要包括整流器和逆变器两部分。其中整流器用于将变压器二次侧恒频恒幅交流电压转化为直流电压，此直流电压有三个等级分别为“AM”（+）、“M”、“KM”（-）。逆变器用于将直流电压转化为频率和幅度可变化的三项交流电压并供给电机定子线圈。交流变频单元的控制器主要由控制传动部分的SIMOTION D445和控制整流部分的SIMOTION CX32组成[2]。

2.1    主要配置

1）IGCT功率元件。

整流器和逆变器都由三个相同的相模块组成（见图3），每个相模块包含四个IGCT（见图4）。在相位模块的上下侧均有导轨，方便模块故障时快速更换。IGCT功率元件的触发单元安装在相位模块前端。为提高通信稳定性和快速性，CPU和触发模板通过光纤进行数据传输。冷却水流过IGCT功率元件两侧对其实施双面冷却。

2）水冷系统。

每套SM150传动系统配备1套水冷系统，水冷系统由内、外循环水系统组成，为water-water冷却模式，水温保持在25 ℃左右。在内循环水系统中，水的导电率（冷却水导电率低于0.7 tLS／cm）由特制的去离子剂降低。冷却水经内循环冷却后被循环泵送入功率单元对IGCT功率元件进行冷却。

3）励磁系统。

由于主传动电机为交流同步电机，要求有单独的励磁回路。西门子SMl50采用外部励磁模式，励磁控制单元主要由西门子6RA70直流调速装置组成，励磁电流由D445控制器控制。励磁单元主要为电机励磁线圈提供励磁电源。

4）控制系统。

SM150主传动控制系统主要由D445模块、SMC30、AVT、VSM10及IBA数据记录模块组成。

D445控制器有8个数字量I/O接口，其中4个为快速输出接口，2个为以太网网络接口，2个为Profibus-DP通信接口（一个接主机，一个作为DP和MPI的通用接口）；现场总线包含了2个Profibus-DP（DP网络通信）、2个Profinet（网络通信）和4个DRIVE-CLIQ（传动内部通信）； D445处理器集成了4个CPU芯片，通过光纤实现对功率单元的控制。

SMC30是速度检测模块，主要用于接收电机编码器反馈回来的速度信号，从而掌握电机实际运行速度。电压、电流检测模块AVT主要用于将检测到的模拟信号转变为数字信号后通过光纤发送给D445控制器。电压检测模块VSMl0主要用于检测电网侧的电压、频率和相位状态。IBA数据记录模块用来记录电枢电流、励磁电流、速度、温度等参数，以便实时监控电机并收集电机数据。在西门子SMl50中，IBA数据记录模块可收集512个模拟量数据、512个数字量数据，并将这些数据储存到工程师站。

2.2    控制功能

西门子SMl50的中压系统采用三电平控制。输入功率因数高、输出频率高、无需无功补偿、减少高次谐波，即使是在低速时，输出的负载电流也连续，可保证最佳正弦波电流和电压利用率以及较低的开关频率，由此使电机获得高效率和低应力。SM150可将转速和转矩精确控制到所需的值，即使在负载迅速变化时也一样。

3    西门子SMl50维护策略分析

4300宽厚板精轧机SM150传动系统运行中多次出现相模块损坏故障，造成产线停机故障。设备维护水平直接影响着设备的正常运转，SM150传动系统要坚持日常点检、定期检修维护，通过日常维护来保障设备运行稳定。除日常维护外，更要定期进行预防性深度维护，彻底消除设备故障隐患，保障设备运行可靠性。以精轧机SM150传动系统预防性深度维护保养为例，说明预防性维护保养的重要性。

4300宽厚板精轧机主传动柜采用2套西门子SM150交直交中压变频器，2008年在济南投入使用，2017年搬迁到日照精品基地，此前从未进行过预防性深度维护保养。2021年利用中修时间对精轧机SM150传动系统进行预防性深度维护保养，主要包括元器件的清扫与检测、对相模块进行彻底清洁与检测、进行系统检查与测试、对内部电路板、功率器件进行拆解清洁，设备在机调试等。

通过深度维护检查出许多问题，主要包括整流元件IGCT集成触发板元件过热、二极管反向耐压阻值降低、直流母排绝缘开裂、电抗器鼓包、励磁装置内励磁板绝缘漆老化、相模块内绝缘片爬电严重等，通过更换备件及接线绝缘处理等。采用年修深度维护方式，将发现的隐患问题解决，保障了传动系统阶段性运行稳定。

3.1    现场柜内元器件解体清洁维护

使用毛刷和吸尘器彻底清扫柜内粉尘，无法接触的位置则使用干燥的压缩空气清除。将 IGCT 模块从柜体内拆除，并进行清洁；对拆解下来的电路板、功率器件等用专用清洗剂进行清洗。对内部连接母排、散热片等用清洗剂进行深度清洁；对水冷设施及柜体进行必要的清洁。清理电气柜过滤棉，将柜体原有密封条进行清理并重新密封完好，改善柜体内部环境，防止粉尘等进入。清洁后，效果明显，如图所示。

3.2    IGCT相模块检测

相模块置于稳固、绝缘底座上，测试二极管

1 000 V 反向耐压阻值，对电容、电阻元件性能测量，测量光纤质量。检查发现问题如下：

1）功率单元IGCT集成触发电路板上，存在元件发热现象，造成IGCT性能下降，存在工作时损坏隐患（见图7、图8）。

2）相模块内绝缘片爬电严重，此绝缘片分隔AM＼KM与M，爬电使绝缘下降，增加AM＼KM与M之间短路的可能。

3）相模块IGCT反并联二极管反向耐压阻值较低，新备件阻值约140～150 MΩ，技术要求在线使用二极管反向耐压阻值大于50 MΩ，检测出部分二极管反向耐压阻值有的已降低至0.8 MΩ，存在击穿风险（见图9）。

4）励磁装置内励磁板上绝缘漆老化出现裂痕，导致性能下降（见图10）。

3.3    功能测试

安装恢复完成后，主要对柜门限位开关、漏水检测传感器、辅助风机等进行测试。对相模块进行GSV测试，IGCT状态正常。对水冷系统进行检查，压力、电导率、水温、流量等传感器正常，无漏水现象。之后对充放电回路测量，测量结果正常，如图11所示。

4    结束语

SM150传动系统是轧线最关键传动控制系统，维护人员需做好各方面设备维护工作，通过不断提高预防性维护的精准性来保障SM150传动系统运行的稳定性。预防性维护是消除设备故障隐患，保障设备运行可靠性的重要方法。经过本次深度维护后，精轧机传动系统运行稳定，有效提高了设备作业率，保障产线生产稳定运行。

参考文献

[1]    李淑芬.西门子SMl50在2050热轧粗轧机上的应用[J].电工技术，2013（6）：38-39.

[2]    葛鹏.西门子SIMATIC SM150在主传动上的应用[J].卷宗，2014（10）：304-304.