Zusammenfassung: Dieser Artikel beschreibt die Anwendung einer SIEMENS S7-300 SPS in einem Stromüberwachungssystem für Gleichstrommotoren. Aufbau, Implementierung und Anwendungseffekte des Stromüberwachungssystems werden detailliert erläutert, und zukünftige Verbesserungs- und Entwicklungsrichtungen werden aufgezeigt. Schlüsselwörter: SPS, Stromüberwachung, TCP/IP, S7-300 SPS. 1 Einleitung. Die kleine und mittlere Walzwerkshalle des Stahlwalzwerks ist eine kleine und mittlere Profilproduktionslinie mit modernster Technologie aus den 1990er Jahren, die von Laiwu Steel eingeführt wurde. Ihre geplante Jahresproduktion beträgt 450.000 Tonnen. Die gesamte Produktionsausrüstung wurde von DANIELI (Italien) geliefert, die drei elektrischen Komponenten von ABB. Die Anlagen zeichnen sich durch hohe Produktionskapazität, moderne Technologie und hohe Steuerungsgenauigkeit aus. Die gesamte Linie umfasst 18 Walzwerke, inklusive Scher- und Kühlbetten sowie Schwenkscheren, mit 26 Gleichstrommotoren mit einer Leistung von 110 kW oder mehr. Im vergangenen Jahr erreichte die Produktionslinie eine Jahresproduktion von 960.000 Tonnen. Mit der Steigerung der Werkstattkapazität und der Erhöhung der Walzgeschwindigkeit sind die Gleichstrommotoren als Kernstück des Antriebssystems zu einem entscheidenden Faktor für die Geschwindigkeitssteigerung und den stabilen Betrieb der Walzlinie geworden. Änderungen des Walzwerkstroms beeinflussen direkt die Leistung der Gleichstrommotoren und den stabilen Betrieb der Walzlinie. Um den Anforderungen der höheren Walzgeschwindigkeit gerecht zu werden, wurden gleichzeitig höhere Anforderungen an die Temperaturregelung des Knüppels beim Austritt aus dem Ofen und während des Walzprozesses gestellt. Änderungen der Walztemperatur bestimmen direkt die Belastung des Walzwerks. Obwohl das Antriebs-Debugging-Tool DDCTOOL von ABB den Stromwert jedes Gleichstrommotors anzeigen kann, kann DDCTOOL aufgrund von Softwareversionsbeschränkungen jeweils nur den Stromwert eines Motors anzeigen und nicht gleichzeitig die Stromänderungen mehrerer Motoren darstellen. Darüber hinaus erfordert das Umschalten zwischen verschiedenen Walzwerkstromanzeigen mehrere Schritte, was für das Wartungspersonal, das die Anlage überwacht, einen erheblichen Aufwand bedeutet. Obwohl die Bedienerstation der Automatisierungsabteilung die aktuellen Werte mehrerer Walzwerke gleichzeitig anzeigen kann, ist eine Echtzeitspeicherung aufgrund der begrenzten CPU-Scan-Zyklen nicht möglich. Zudem fehlt die Funktion zur Aufzeichnung historischer Kurven. Daher liefert sie keine aussagekräftigen Referenzwerte für die Analyse und Beurteilung von Anlagenausfällen. 2. Lösungsfindung: Um den Betriebszustand des Hauptmotors des Walzwerks effektiv zu verfolgen und zu überwachen, die Prozessanlagenänderungen zu berücksichtigen und die wissenschaftliche Analyse von Prozessparametern zu erleichtern, haben wir fortschrittliche Methoden zur Erfassung und Speicherung der Stromwerte des Hauptmotors eingeführt. Dies verbessert die Aussagekraft der Anlagenfehleranalyse und liefert den Technikern wichtige Daten. Basierend auf dem aktuellen Anlagenzustand und der Struktur der Antriebstechnik von ABB haben wir uns für die Echtzeiterfassung und -speicherung der Stromwerte des Hauptmotors entschieden. Ursprünglich war geplant, Stromwandler zur Datenübertragung an den Industrie-Controller über eine Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungskarte zu verwenden und diese anschließend mittels Systemsoftware in entsprechende Stromwerte umzuwandeln und anzuzeigen. Diese Lösung erfordert einen hohen Planungsaufwand, da zahlreiche Kabel verlegt werden müssen. Zudem ist die Signalerfassung störanfällig und verzerrungsanfällig. Die im System verwendeten Stromwandler sind außerdem teuer und schwierig zu ersetzen und zu warten. Nach eingehender Diskussion und Analyse entschieden wir uns schließlich für den Einsatz einer gängigen SPS zur Datenerfassung und -speicherung, um die Stromstärke des Walzwerks in Echtzeit zu überwachen. In diesem Projekt dient eine Siemens S7-300 als Hauptsteuerung und WinCC 6.0 als Konfigurationssoftware. Basierend auf dem originalen ABB-Antriebsschrank erfasst das System die Ströme der einzelnen Walzwerksmotoren in Echtzeit. Das Systemdiagramm ist in Abbildung 2 dargestellt. Das System erfasst direkt 0-10-V-Spannungssignale von den Klemmen (X4: 5, 6) der A10-Platine des DCV-Antriebsschranks und kommuniziert über Ethernet mit dem Host-Rechner. Dies ermöglicht eine schnelle Datenübertragung und Echtzeit-Aktualisierungen. 3. Implementierung der Lösung 3.1 Software- und Hardwareauswahl: Unter Berücksichtigung der vom System zu implementierenden Funktionen wurden die folgenden Hauptkonfigurationen für Software und Hardware ausgewählt: 3.2 Hardwareinstallation und -konfiguration Die Hardwaremodule werden standardmäßig auf Schienen montiert und über Bus-Steckverbinder verbunden. Die Stromversorgung ist durch eine Standarderdung geschützt. Die anfängliche Konfigurationsadresse der Analogeingangsvorlage ist 272. Jede Vorlage verfügt über 8 Analogeingangskanäle, und der Eingangsdatentyp ist ein 0-10-V-Spannungssignal. Der Konfigurationsbildschirm ist unten dargestellt: Abbildung 3 Hardwarekonfigurationsbildschirm 3.3 Bildschirmgestaltung Der Hauptbildschirm wurde entsprechend dem Walzwerks-Prozesslayout entworfen und gestaltet. Zusätzlich zur numerischen Anzeige wurde eine Balkendiagramm-Stromanzeigefunktion hinzugefügt. Gleichzeitig wurde eine automatische Überstromalarmfunktion eingerichtet. Wenn ein Gerät einen Überstrom aufweist, färbt sich das Balkendiagramm rot, um das zuständige Personal zu alarmieren. Abbildung 4 System-Hauptbildschirm Die Stromverlaufskurve jedes Gleichstrommotors ist eingestellt. Benutzer können jeden Motor hinzufügen und auswählen, um seinen historischen Status und den Echtzeittrend zu beobachten. Abbildung 5: Historischer Kurvenverlauf 3.4 Funktionserweiterung Der Stromverstärker dient der Erfassung der Spannungs- und Stromdaten des Messkreises des 35-kV-Hochspannungssystems und ermöglicht so die Echtzeitüberwachung und -speicherung. Abbildung 6: Stromüberwachung des 35-kV-Hochspannungssystems 4. Anwendungseffekt Nach der Implementierung des Stromüberwachungssystems für kleine und mittlere Walzwerke wurden die Mängel der Stromstatusüberwachung vollständig behoben. Das Instandhaltungspersonal erhält dadurch ein effektives Mittel zur Statusanalyse und -beurteilung. Durch Beobachtung der Stromkurvenverläufe im System können die Mitarbeiter anormale Anlagenzustände frühzeitig erkennen und rechtzeitig reagieren sowie wirksame Maßnahmen ergreifen, um eine Verschlimmerung von Störungen zu verhindern. Darüber hinaus lassen sich bei Anlagenstörungen historische Kurven abrufen, die den Betriebszustand der Anlage zum Zeitpunkt der Störung klar darstellen und so die Fehlersuche und die Richtung der Problemlösung erleichtern. 5. Forschungs- und Verbesserungsrichtungen: Basierend auf diesem System wird ein AO-Modul hinzugefügt, um die Stromerkennung von Wechselstrommotoren in kritischen Komponenten zu ermöglichen. Gleichzeitig werden die Ressourcenvorteile der Netzwerkplattform des Werkstattproduktionssystems voll ausgeschöpft, um die Netzwerkfunktionalität zu verbessern, den Austausch von Gerätestatusinformationen zu ermöglichen und Fernwartung sowie Statusanalyse zu realisieren. Referenzen: 1. Zhou Hai et al. A Simple Guide to Siemens S7-300 PLC. Beijing: Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press, 2004. 2. Liu Kai et al. A Simple Guide to Siemens WinCC V6. Beijing: Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press, 2004. 3. SIMATIC Programming with Step7 V5.1 manual. Siemens Company, 1998. Autorenbiografie: Lu Jiangang, männlich (geb. 1978), aus Shanghe, Shandong, Ingenieur, tätig im Bereich Automatisierungstechnik und -wartung. Postanschrift: Small and Medium Workshop, Laiwu Steel Bar Mill, Provinz Shandong, China, Postleitzahl: 271104, Tel.: 0634-6823271