傅昆

西距北京220公里，北距唐山市80公里的曹妃甸島，是一個曾經名不見經傳的渤海灣荒涼沙島。然而自從被選為首鋼搬遷廠區的新址，曹妃甸一夜聞名。座落于此的 “首鋼京唐鋼鐵有限公司”是我國的第一個臨海鋼鐵企業，總投資高達677.31億元人民幣，由首鋼和唐鋼共同建設。  首鋼曹妃甸新鋼廠計劃建設兩座5500m3高爐（世界第三、全國最大），并將憑借898萬噸鐵、970萬噸鋼和913萬噸鋼材的年產能力，成為中國最大的鋼鐵基地，其主要將建設5500m3高爐2座，7.63 m焦爐4座，300t轉爐5座，2250mm和1580mm熱連軋機各1套，2230mm、1700mm及1550mm酸洗冷軋機組各1套。曹妃甸鋼鐵基地投產后，將生產出高質量、高技術含量、高附加值的市場急需的高端精品板材，包括熱軋帶鋼、冷軋帶鋼、熱鍍鋅板、彩涂板、電工鋼等，廣泛應用于汽車、造船、管線、家電等。  

首鋼曹妃甸項目2007年正式開工，2009年預計一期一步投產400多萬噸，2010年二步完成后將達到900多萬噸產量，投資方需要為包括焦化廠、煉鋼廠、燒結、連鑄、高爐、冷軋廠和發電廠等在內的各個生產廠區新建低壓配電系統。從2007年開始，西門子低壓業務部通過框架式協議，陸續為首鋼曹妃甸一期一步項目提供3WL框架斷路器、3VL塑殼斷路器和SIMOCODE pro 3UF7電機保護控制器等全系列低壓元器件產品，全面用于鋼廠的配電柜和馬達控制（MCC）柜，迄今已經完成上述一期一部項目的供貨調試。  網絡架構透明化工廠      基于開放的網絡通訊基礎，建設智能型的低壓配電、電機保護和控制系統平臺，是構筑一個透明化、數字化現代鋼鐵企業的基石，也是國際鋼鐵行業的先進技術潮流。為此，作為國內鋼鐵行業的示范性項目，首鋼曹妃甸工廠非常看重西門子低壓元器件和電機保護控制產品的整體網絡集成能力，也表明西門子的全集成能源（TIP）管理理念深入人心。  針對用戶的上述需求，基于PROFIBUS-DP數字化現場總線和低成本的AS-i執行器－傳感器底層總線技術（煉鋼和連鑄工廠使用），以3WL框架斷路器、3VL塑殼斷路器和SIMOCODE pro 3UF7電機保護控制器為主的西門子系列低壓元器件完美地實現了工廠對底層配電和電機保護控制數據的透明訪問。對首鋼項目而言，其主要價值體現在：  （1）能源監測與管理      隨著全球的各種能源供應的價格持續攀升，使得像鋼鐵企業這樣的高耗能的企業的能源成本越來越高。在這樣的形勢下，特別是在我國鋼鐵企業整體能源利用率不高的情況下，鋼鐵企業對于自身的能源監測平臺的建立和節能措施的大力推行顯得尤為必要。電機作為鋼鐵企業的主要耗能設備，是必須加以監測和管理的。通過西門子智能型SIMOCODE Pro 3UF7電機保護控制器，使得電機狀態數據透明化，從而幫助用戶方進一步對自身整體的電能使用情況和設備運行狀況做到全面了解和控制。因此長遠來看，這些數據不但將幫助首鋼曹妃甸工廠提高電機設備運行效率，而且有助于對今后生產的調整進行有效的電力匹配，減少和杜絕電力運行中的安全隱患，提供基礎的數據依據，使整個電力系統更經濟、安全、可控。  （2）快速診斷與維護      像首鋼曹妃甸這樣的大規模鋼鐵項目，其低壓配電與電機控制站點分布在高爐、焦化廠、煉鋼廠、冷扎廠、發電廠等各個地方，一旦發生停電、跳閘、短路等問題，可能造成牽一發而動全身的事故。在這樣的情況下，對于電氣工程師來說，急需采用模塊化、網絡化、智能型的低壓元器件便于靈活搭配與升級，更重要的是能通過遠程控制與監視的方式來了解和控制各處電氣狀態和參數，便于集成管理，以保證診斷的準確性與維修的及時性，同時還可實現向終端控制以及工廠辦公自動化的發展。西門子公司的新一代可通訊智能斷路器——SENTRON 3WL框架式空氣斷路器和SENTRON 3VL塑殼斷路器系列的許多功能特點正是根據上述用戶需求來設計的。  “這是冶金行業第一次如此大規模地采用智能型、網絡化的低壓開關元件”，西門子IA&DT集團北方區域工業行業業務部趙麗霞經理說道。  智能化斷路器實現遠程診斷與維護      隨著電力系統越來越高的可靠性及自動化要求，無論是發電、輸電、配電還是用電，都提出了監測、控制、保護等方面的自動化和智能化的要求。斷路器作為電力系統中最重要的控制元件，它的自動化和智能化是電器設備智能化的基礎。      由于首鋼曹妃甸一期項目涉及多個工藝段和工廠車間，其低壓配電保護開關柜分布地域廣，對開關器件的診斷準確性、維修及時性與電源管理集成性要求高。西門子SENTRON 3WL空氣斷路器和SENTRON 3VL塑殼斷路器系列在此項目的實際應用中體現出了智能化與網絡化的優勢。      SENTRON斷路器集成了創新的通訊和測量功能，無論是應用于變壓器低壓側出線、低壓母聯等重要饋線回路的3WL框架斷路器，還是應用于一般低壓出線回路的3VL塑殼斷路器，在網絡連接方面都可以通過通信模塊而具備標準的PROFIBUS-DP總線通信能力，為首鋼曹妃甸工廠電能監控管理帶來的好處是：  ? 隨時將斷路器的開關分/合信號、脫扣信號、儲能機構儲能信號、合閘準備就緒信號、欠電壓脫扣信號等狀態量信息上傳到PLC控制器，同時還具有諧波測量和故障錄波功能。  ? 隨時將電流、電壓、功率、電能、功率因數、頻率以及它們的最大值/最小值、斷路器溫度等模擬量信號上傳到上位控制器，從而提供詳細的遠程維護診斷信息。  ? 在遠程測試和維護方面，配置電動機操作機構，實現遠程分/合斷路器；可通過上位的Switch ES power軟件實現遠程參數整定，操作性更透明，靈活性更高，調試更加快速。  “此項目中，SENTRON斷路器強大的通信功能在初始化鋼廠供電參數、配電運行組態、故障診斷、測試、維護及全能量管理方面打開了全新的應用空間”，趙麗霞經理談到。  電機保護、控制與維護的集成      對于大型過程行業，大量由電機驅動的關鍵工藝設備一旦發生停機故障，代價將非常昂貴。因此，像首鋼這樣的大型冶金企業均十分關注對電機的實時保護、控制和優化的能源管理，以避免現場負載尤其是重載設備的停機和損壞。就此項目而言，大約有2/3的低壓開關柜是MCC馬達開關柜，必須考慮采用像SIMOCODE pro這樣集電機保護、控制、監督和管理功能于一體的先進電機管理系統來代替傳統的電機起動器，其好處主要在于：獨立于自動化控制系統之外的多功能電子式全電機防護系統可更大程度防止電機故障和停機風險；基于開放網絡的通訊功能隨時獲得詳細的操作、維護和診斷數據，以減少現場工程師和維護成本，并及時迅速地檢測和解決故障；基于軟件的多種電機控制功能，以及總線集成的連接方式，節省了現場大量硬件和接線費用。    [caption id="attachment_1137" align="aligncenter" width="229" caption="SIMOCODE pro 3UF7電機保護控制器"]

[/caption]        在電機保護方面，SIMOCODE pro 3UF7將多級保護和監視功能結合起來，除了一般的電機過載保護、電機堵轉保護、相故障檢測之外，還提供額外的熱敏電阻保護，通過電流限值設定的方式實現趨勢分析/故障預警、內/外部接地故障檢測功能，用以對于不同配電系統中電機的接地保護，“完全滿足首鋼項目的電機可靠運轉需求。”  在首鋼曹妃甸項目中，一套工藝裝置甚至一個工藝段上，經常都會分散地安裝著各種工況的用電設備，如感性負載（風機、水泵等）、阻性負載（加熱器等），即使是同類負載，由于工藝上的差異又會有一般類負載/重載類負載之分。根據這些電機的負載要求和工藝需求，必須為電機提供各種有針對性的起動控制方式。SIMOCODE pro 3UF7預置的多種起動控制功能——直接起動、可逆起動、星-三角起動、軟啟動、電磁閥開關驅動、定位器驅動、塑殼斷路器的控件和通訊網關、雙速換相電機起動等等，可供首鋼用戶自由選擇其中部分起動方式，全面保障了用戶的主要冶金工藝裝置的順利運行。此外，3UF7具有可調脫扣特性的反時限固態過載保護，內置了TC5~TC40的8條脫扣特性曲線，因此有效地適應各類負載的不同起動要求，使電機得到更有效的利用。    [caption id="attachment_1138" align="aligncenter" width="250" caption="3UF7脫扣特性曲線"]

[/caption]        對于首鋼曹妃甸的現場技術服務工程師來說，不僅要了解電機設備運行狀況、生產工藝進程，而且希望通過有效的數據采集實現設備能源的優化管理，為此，可通訊的設備/系統就成為關鍵所在。在曹妃甸工廠中，3UF7作為標準PROFIBUSDP現場總線從站設備接入PLC控制系統，實時將電機操作數據（電機開關狀態、相電流、相電壓、視在功率、相失衡、延時跳閘……）、維護數據（電機運轉時間、停機次數、起動次數、過載跳閘次數、設備運轉時間……），以及診斷數據（早期警告和故障信息、最后跳閘電流值、回檢故障……）傳輸給上位監控站點，尤其有助于幫助現場維護人員快速確認故障原因，或者識別即將發生的故障，從而采取預防性維護措施加以避免。另外，可通訊的3UF7還大大簡化了電機的操作和管理。現在，現場工程師們無需在各設備間奔波進行電機饋電裝置參數化，3UF7的參數化可從中央控制室通過PROFIBUS-DP遠程實現。尤其使用SIMOCODE ES Professional軟件可對3UF7內部參數進行在線修改，而不需要系統停機，從而為曹妃甸基地今后項目的擴建和工藝裝置變更帶來很大的好處。    [caption id="attachment_1139" align="aligncenter" width="315" caption="3UF7內部參數在線修改和配置"]

[/caption]        “低壓元器件的網絡配置和通訊調試是該項目中工作量最大的一部分”，趙麗霞說道，“但我們仍然在如此緊張的時間內完成了及時供貨和現場調試工作”。當然，要建設一個像首鋼曹妃甸這樣的大型透明化工廠，還有很多的工作要做，而西門子智能化、可通訊的低壓元器件平臺則為此打下了良好的基礎。