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钢铁厂辊道变频器的国产化和扩容改造成功案例,解决故障频发问题3%,这场大秀让汉阳铁厂的改造超前“点映”

更新时间:2021-11-25 04:26:09点击:

为了解决宽厚板转钢辊道的变频器故障易发的问题,需要对ABB变频器进行扩容改造,分析MD880变频器替代ABB变频器的可行性。湖南华菱湘潭钢铁有限公司的研究人员王华权,在2021年第8期《电气技术》上撰文,介绍了系统改造方案、AC450硬件配置,并对软件组态中的参数设置进行详细说明,通过Profibus-DP通信实现了AC450系统与MD880变频器的控制,从而替代ACS800变频器,目前系统运行稳定可靠。

钢铁厂辊道变频器的国产化和扩容改造成功案例,解决故障频发问题

AC450(advant controller 450)是ABB公司的一种大型逻辑控制器,广泛应用在冶金、化工、汽车等行业。湘钢宽厚板生产线的辊道传动由AC450控制ACS800变频器,在粗轧轧制过程中,轧机入口的E3辊道作为转钢辊道,变频器频繁报过载且经常烧损,由于ACS800产品已停产,备件价格昂贵,采购周期长,导致维护成本增加。因此,迫切需要将E3辊道的ACS800变频器进行国产化和扩容改造,保证生产线的稳定运行。

1 设备现状和选型

宽厚板粗轧入口E3转钢辊道为锥形辊,用于轧制钢板的转向和传输。E3辊道分为E3a(传动侧)和E3b(操作侧)两组辊道,其中E3a共6台电动机,由1台ACS800驱动;E3b共7台电动机,由2台ACS800驱动。

电动机的额定功率为45kW,额定电流为91.2A,对E3a的过载能力进行分析:额定功率为270kW(=45kW×6),额定电流为547.2A(=91.2A×6),过载电流实测为920~1 200A。ACS800过载能力为813A(=554A×1.5),故不能满足现场实际最大过载要求。

经过选型,选择国产汇川的MD880变频器替代现有的ACS800变频器,两种变频器参数对比见表1。表中,IN、Imax、PN分别为变频器额定电流、最大电流、额定有功功率;ILd、PLd和IHd、PHd分别为轻过载和重过载时变频器输出电流、输出功率。MD880变频器的过载能力为1 704A(=568A×2×1.5),满足现场需求。

钢铁厂辊道变频器的国产化和扩容改造成功案例,解决故障频发问题

表1 ACS800和MD880变频器参数对比

2 系统改造方案及硬件配置

在ACS800变频控制柜旁边,设置一个切换柜和一个MD880变频器控制柜。当MD880或ACS800中任何一个设备出现故障时,可以迅速切换到另一个设备驱动E3a辊道,保证快速恢复生产。切换柜内负荷隔离开关由手柄操作合分,接触器由柜门转换开关操作合分。

3%,这场大秀让汉阳铁厂的改造超前“点映”

In The City Center

在AC450系统中,原ACS800的AF100通信保持不变,在扩展槽的子模块上增加CI541 DP通信板卡,该卡通过Profibus-DP电缆连接到MD880变频器控制柜里的现场总线适配模块HDP-10上,建立AC450可编程逻辑控制器(programmable logic controller, PLC)与MD880变频器之间的Profibus- DP通信连接,其中AC450为主站,MD880为从站,改造后AC450控制变频器的通信示意图如图1所示。

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图1 改造后AC450控制变频器的通信示意

前 言

​3 AC450系统软件组态

实现AC450和MD880的Profibus-DP通信,需要对AC450 PLC进行软件组态,其组态分为数据库DB组态和程序PC组态两部分。DB组态是对通信硬件系统进行配置,与Profibus-DP有关的数据库元素有3个:总线PB、从站特性描述PBSD和从站PBS,分别完成对总线、从站特性描述和从站组态。

PC组态主要负责对从站读写具体数据信息。组态前要先通过命令DIMDB确认该CPU的节点已经定义PB、PBS和PBSD元素的数量,才能创建相应数量的DB元素,否则需要在配置模式下重新定义相应元素的数量。

3.1 总线PB的组态

总线PB的参数配置如图2所示。先在数据库中创建CI541后得到PB元素,需配置以下参数:

历史,总是在时空场景的叠合之间,更显微妙与宏大。

1)BUSNO。总线号,范围为1~255,不要与本系统中其他的总线号冲突。

1890年11月,在龟山北麓,一座“汉阳铁厂”破土动工。叮叮当当敲击出承载中国民族钢铁工业之梦的“东亚雄厂”。

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图2 总线PB的参数配置

2021年11月,在汉阳铁厂曾经的棒材厂,第六届武汉设计双年展举行。老厂房的钢铁锈迹,被一众前沿设计作品点亮。

2)STNNO。站号,即CI541的主站地址,范围为1~125,不要与总线上其他从站的站号冲突。

3)POSITION。CI541卡在AC450机架上的位置,由左往右从1开始数的卡槽位。

4)SUBPOS。CI541卡在AC450机架上的子模块的槽位数,装在上面为1,下面为2。

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——棒材厂原貌

5)总线参数部分,一般均使用系统默认值,其中参数BAUDRATE为波特率,应当根据该网段DP电缆的总长度和中继器配置合理设置。

3.2 从站特性描述PBSD的配置

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——武汉设计双年展

AC450 PLC不能通过导入通用站说明(general station description, GSD)文件自动获取从站的具体信息,只能通过创建和修改PBSD元素,将从站的GSD文件的一些具体参数在PLC中进行手动设置,即进行从站特性描述的配置。

GSD文件是Profibus设备制造商提供的描述其某一设备的各种性能参数的文本文件,它包括所有与该设备有关的参数。MD880需要根据其GSD文件里的各项具体内容在程序中进行说明。

创建的PBSD分为三部分:从站参数、用户参数、数据模块参数。从站特性描述PBSD的参数配置如图3所示。PBSD元素的参数配置说明见表2,其中WDFACT1和WDFACT2的推荐值见表3。

在同样的冬日,跨越131年的漫漫征程,这座城市与这栋厂房,终于迎来了属于自己的“黄金时代”。

假如时空能打通,历史能对望,白须老者张之洞,与芸芸观展者,必会会心一笑。

1)从站参数(Slave parameter)。根据表2从MD880的GSD文件中取得正确的参数并进行设置。

01

11月1日—12日

2)用户参数(User_Prm_Data)。在组态时设定的设备工作参数,其值的意义由厂商确定。根据

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图3 从站特性描述PBSD的参数配置

​关键字User_Prm_Data或Ext_User_Prm_Data_Ref( )指定的参数值设置UPRMD1~UPRMD25对应的一组十六进制数,这些数字连续书写(去掉“0x”标识),每个UPRMD可书写最大20个数字,一个不够可在下一个继续写。

这一“水平地标”成为热门打卡地

昨日,第六届武汉设计双年展正式谢幕。

12天时间,四大设计展场吸引线上线下150余万人参与。

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——观展人群

为了便于区分,也可以根据参数的具体含义分组,每组占用一个UPRMD。根据GSD文件中的关键字User_Prm_Data_Len或UPRMD中的十六进制数的组数设置UPRMDLEN的值。

来自全球25个国家,40多个城市,160多个专业组织、单位及知名设计师的作品在此展出。

对于设计爱好者来说,这无异于一场“设计盛宴”。

包括46件德国红点国际设计大奖获奖作品、6个国家级工业设计中心优秀作品等在内,不少平日难得一见的“大师级”之作,同聚屋檐下。

3)数据模块参数(Cfg_Data)。与实际使用的数据有关,即主站与从站接收和发送数据的数量和格式。PLC与变频器的参数过程数据对象(parameter process data object, PPO)通信协议根据要通信的数据进行选择。AC450主站对MD880从站的输出区的数据结构为:第一个字为变频器的主控制字;第二个字为变频器的速度给定值。

AC450主站对MD880从站的输入区的数据结构为:第一个字为变频器的主状态字;第二个字为变频器的辅助状态字;第三个字为变频器的实际速度值;第四个字为变频器的实际转矩值。

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——设计双年展展品

对此,本届设计双年展,也成为自2011年11月启动至今,规模最大、规格最高的一届。最为特别的,还有它的举办地。今年的主会场,选择的是原汉阳铁厂的棒材厂。

它现在新身份,则是融创·武汉1890项目工业遗址先导示范区的重要组成部分。

所以选择PPO4通信结构,MD880的GSD文件中对应模块的字段为:Module="PPO-04, 0PKW+6PZD" 0x00, 0xF5。则Cfg_Data参数中,配置数据长度CFGDLEN对应于Module定义的十六进制数的个数,CFGD1~CFGD25则对应着这些十六进制数,即CFGDLEN=2,CFGD1=00F5。

与两江四岸诸多摩天高楼的“垂直地标”相比,这座全长约550米、宽约55米、挑高约24米的棒材厂,是亚洲最大的工业遗址单体建筑之一。

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——棒材厂外观

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表2 PBSD元素的参数配置说明

若以“水平”为标尺,它在武汉城市建筑之中的绝对地标地位,无人撼动。

以如此大尺度的建筑空间,让它成为当时全国少数能够生产出6—18M定尺棒材的工业基地。

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表3 WDFACT1和WDFACT2的推荐值

3.3 从站PBS的组态

从站特性描述的配置完成后,接着对具体的从站进行组态,即创建一个PBS元素。在AC450系统中,PB元素的执行端(即IMPL端)和PBS的IMPL端有很强的依赖性,当增加从站站点时,新增PBS的IMPL端必须在PB元素的IMPL端置1之前设置为1,否则该站点不工作。因此,建立从站站点的步骤为:

1)把相应PB总线的IMPL端设置为0。

据介绍,包括粤汉铁路、大庆油田、三峡大坝、龟山电视塔、黄鹤楼,甚至国内运载火箭的发射架,都曾有过“汉钢”的痕迹。

2)创建从站,即增加PBS站点,并输入BUSNO(总线号,与前面PB元素的总线号对应)、STNNO(从站号,对应变频器的DP地址)和REFDESC(从站描述索引,对应前面创建的PBSD元素的名称),从站PBS的参数配置如图4所示。

3)把该PBS元素的IMPL端设置为1(默认值)。

2021年初,武汉市政府宣布,本届设计双年展定址原汉阳铁厂的棒材厂。

这一选择,也促成了融创·武汉1890项目工业遗址改造,对于外界的又一次“超前点映”。

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——改造后的棒材厂(外部)

4)把相应PB总线的IMPL端重新设置为1以启动该总线和激活站点。

153天时间,与时间赛跑,融创团队对棒材厂展开检测与整修,在最大限度保留原有建筑肌理之上,新增近300吨钢材,对厂房原有结构进行修复与加固。

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图4 从站PBS的参数配置

此外,还有内部地坪的破除与浇筑,外立面换上金属波纹板“新衣”。

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——改造后的棒材厂(内部)

3.4 程序PC实现

在AC450 PLC程序里,使用PC元素PB-R从变频器站点读取所需的数据,PB-S给变频器站点进行数据发送,另外还可以通过PB-DIAG命令进行诊断数据的读取。

最终,如本届设计双年展的主题“本色·城市”一样,最终呈现于大众面前的棒材厂,仍有斑驳水泥、铁锈印记;展区某个角落,不经意就会看到曾经的老钢厂配件。

MD880采用了位字连接器的方式,可以灵活配置控制字和状态字,保持与原ACS800变频器一致。另外,ACS800和MD880中100%对应的值不一样,需要设置好通信基值,保证MD880与PLC间传输的给定和反馈信号正确无误。

甚至连厂房旁的百年古树,也完整保留下来。

经过上述设置,MD880可以保证其对PLC的通信接口与ACS800完全相同,从而通过增加选择按钮来选择将控制字和给定速度送到对应的变频器,同时选择相应变频器的反馈数据作为程序使用数据。最后经过E3两组辊道速度曲线的比较,调整相应的参数,使速度曲线一致,E3辊道的两组变频器的速度曲线如图5所示。

所以,这场大秀成功举办的背后,有政府的精心组织,也有企业的悉心打造。

02

历年设计双年展背后

都为武汉城市发展埋下“重要伏笔”

10年时间,武汉设计双年展两年一届,今年正好是第六届。梳理其主会场举办地,会有些有趣发现:

第一届——武汉美术馆(2011年)

​4 结论

经过E3辊道变频器的国产化和扩容改造,将国产变频器通过Profibus-DP技术应用在ABB的控制系统中,大大降低了设备的维护成本。改造后的MD880变频器运行稳定可靠,避免了变频器故障易发的状况,确保生产线的稳定运行,同时为以后变频器的国产化及改造提供了参考。

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图5 E3辊道的两组变频器的速度曲线

第二届——昙华林艺术区(2013年)

​本文编自2021年第8期《电气技术》,论文标题为“MD880变频器在AC450控制系统中的应用”,作者为王华权。

第三届——中建·光谷之星(2015年)

第四届——翟雅阁博物馆、湖北美术学院美术馆、南太子湖创新谷美术馆(2017年)

第五届——平和打包厂(2019年)

第六届——汉阳铁厂棒材厂(2021年)

这些主会场,遍布武汉三镇,既有美术馆、艺术街、博物馆、老建筑,也有武汉建筑设计产业的新总部。

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——第六届武汉设计双年展:本色城市

对比之下,第六届武汉设计双年展的选址之地,则集前者之大成。

主会场是曾经代表武汉民族工业辉煌的棒材厂,旁边是国内首座以人名+城市组合命名的张之洞与武汉博物馆,整体更是置身于融创打造的超大型城市更新项目——融创·武汉1890之中。

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——张之洞与武汉博物馆

对此,这座棒材厂更像是一座“时空长廊”——一头是武汉历史,一头是城市未来。

作为武汉二环内难得的超高挑空、超大面积、超完整的封闭空间的建筑,它犹如一块待琢瑰宝。

借此次设计双年展之机,融创对其展开了由表及里的改造更新。

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——棒材厂内的内部构架

目前,这座棒材厂的展示区已完成改造约1万平方米。未来整体改造完成后,还将预留超大空间,成为各大品牌发布、国际会展、会议论坛的举办之地。

或许,未来的某天,此前那些曾在巴黎卢浮宫、埃菲尔铁塔,北京故宫举办的国际时装秀,会将聚光灯打向这座棒材厂“超级T台”;

又或许,这里将成为一座永无风雨的mini版“艺术小镇”——有创意大师的工作室,有新奇玩意的小店铺,有城市文创的手工作坊……

平日节假周末,三镇市民与外来游客到此组团打卡;大型展会举办之际,这里又成为武汉文化创意产业链条可视、可感、可交易的“超级市集”。

不止于此,关于这座厂房,这个地块,还有许多新的想象。

历届设计双年展举办后,这些主会场,都会在政府与公众的双重聚焦之间,进入规划与开发的新阶段。

比如昙华林艺术街区,通过政府对核心区一二期的相继改造完成,一座昙华林人文小镇亮起灯火。一时间,“红”遍武汉人的朋友圈、小红书与抖音。

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——昙华林

又比如平和打包厂,自2017年期正式启动修缮工作以来,已经成为汉口历史风貌区建设的重要打样之地。

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——平和打包厂

这些,都是设计双年展为武汉城市发展埋下的“伏笔”。

因为一场展,让政府蘸更多墨,着更大力道。而今,这一笔写到了汉阳铁厂所在的融创·武汉1890。

03

导入更多文创业态

为设计之都打造武汉版“城市客厅”

以棒材厂的改造提前“剧透”,融创·武汉1890项目开启了加速模式。

在整体项目地块之内,拥有34处工业遗址,总面积8.3万方,是湖北目前最大的工业遗址改造项目。

目前,除去棒材厂外,包括动力车间、电炉车间、污水处理车间等部分,也完成了建筑与结构的一系列检测。并将根据各自不同构造,置入全新功能,全面“活化”。

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——动力车间改造设计思路示意图

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——二级工业遗址群改造设计思路示意图

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——电炉车间改造设计思路示意图

据介绍,在这座东西跨度1.2公里,总体量达130万方的庞大项目内,已经建成的汉阳铁厂棒材厂、融创·武汉1890拾光艺术馆、张之洞与武汉博物馆,共同组成的融创·武汉1890工业遗址先导示范区,仅占整体项目计容面积的3%。

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——融创·武汉1890拾光艺术馆

但这3%的亮相,也着实令人惊艳。

在融创的打造之下,这一区域将成为“国家工业文化保护样板区”和“武汉文创艺术商业核心区”。

未来,伴随整体项目全速推进与全貌呈现,又将予以武汉哪些新的惊喜?

为此,融创·武汉1890专门成立工业遗址研究院,并携4国5地12个大师团队,共同为武汉“设计之都”的打造,揭开一个“超级盲盒”。

以“一园五区”的规划,未来项目正有许多新的功能、新的场景、新的畅想正在酝酿——

这里将成为新锐设计师扎堆入驻的“聚集地”,是永无风雨的mini创意小镇,是国际级大秀大展进入武汉的“首选地”,是青年人群周末逛展看秀、文创消费的“打卡地”……

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——“一园五区”规划

在武汉的国家级工业遗址上,要建这样一座空间复合、功能前卫的城市项目,融创信心何在?

以“城市共建者”的角色,融创的产品谱系丰富而成熟——从品质住宅,到商业综合体,从科创产业园,到文化旅游城,再到工业遗址保护。

此前,从重庆解放碑商圈的白象街,到天津拖拉机厂遗址的天街1956,在全国范围之内,融创已有多个成功案例可循。

对此,依托汉阳铁厂这一个大IP,融创将在此为武汉全力打造一座城市“文创客厅”。

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——融创·武汉1890项目效果图

这里,就像一个“超级培养皿”,既聚集有武汉文化创意产业的活跃因子,也助力它们不断成长进化,成为武汉城市未来发展的源源动力。

跨越131年,张之洞的宝藏厂,正将成为大武汉的“新想象”。

编辑 | 张盼

来源 | 湖北日报

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出品:中共汉阳区委宣传部 汉阳区融媒体中心

投稿:1585293291@qq.com

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