傅昆
西距北京220公里，北距唐山市80公里的曹妃甸岛，是一个曾经名不见经传的渤海湾荒凉沙岛。然而自从被选为首钢搬迁厂区的新址，曹妃甸一夜闻名。座落于此的 “首钢京唐钢铁有限公司”是我国的第一个临海钢铁企业，总投资高达677.31亿元人民币，由首钢和唐钢共同建设。 首钢曹妃甸新钢厂计划建设两座5500m3高炉（世界第三、全国最大），并将凭借898万吨铁、970万吨钢和913万吨钢材的年产能力，成为中国最大的钢铁基地，其主要将建设5500m3高炉2座，7.63 m焦炉4座，300t转炉5座，2250mm和1580mm热连轧机各1套，2230mm、1700mm及1550mm酸洗冷轧机组各1套。曹妃甸钢铁基地投产后，将生产出高质量、高技术含量、高附加值的市场急需的高端精品板材，包括热轧带钢、冷轧带钢、热镀锌板、彩涂板、电工钢等，广泛应用于汽车、造船、管线、家电等。
首钢曹妃甸项目2007年正式开工，2009年预计一期一步投产400多万吨，2010年二步完成后将达到900多万吨产量，投资方需要为包括焦化厂、炼钢厂、烧结、连铸、高炉、冷轧厂和发电厂等在内的各个生产厂区新建低压配电系统。从2007年开始，西门子低压业务部通过框架式协议，陆续为首钢曹妃甸一期一步项目提供3WL框架断路器、3VL塑壳断路器和SIMOCODE pro 3UF7电机保护控制器等全系列低压元器件产品，全面用于钢厂的配电柜和马达控制（MCC）柜，迄今已经完成上述一期一部项目的供货调试。 网络架构透明化工厂 基于开放的网络通讯基础，建设智能型的低压配电、电机保护和控制系统平台，是构筑一个透明化、数字化现代钢铁企业的基石，也是国际钢铁行业的先进技术潮流。为此，作为国内钢铁行业的示范性项目，首钢曹妃甸工厂非常看重西门子低压元器件和电机保护控制产品的整体网络集成能力，也表明西门子的全集成能源（TIP）管理理念深入人心。 针对用户的上述需求，基于PROFIBUS-DP数字化现场总线和低成本的AS-i执行器－传感器底层总线技术（炼钢和连铸工厂使用），以3WL框架断路器、3VL塑壳断路器和SIMOCODE pro 3UF7电机保护控制器为主的西门子系列低压元器件完美地实现了工厂对底层配电和电机保护控制数据的透明访问。对首钢项目而言，其主要价值体现在： （1）能源监测与管理 随着全球的各种能源供应的价格持续攀升，使得像钢铁企业这样的高耗能的企业的能源成本越来越高。在这样的形势下，特别是在我国钢铁企业整体能源利用率不高的情况下，钢铁企业对于自身的能源监测平台的建立和节能措施的大力推行显得尤为必要。电机作为钢铁企业的主要耗能设备，是必须加以监测和管理的。通过西门子智能型SIMOCODE Pro 3UF7电机保护控制器，使得电机状态数据透明化，从而帮助用户方进一步对自身整体的电能使用情况和设备运行状况做到全面了解和控制。因此长远来看，这些数据不但将帮助首钢曹妃甸工厂提高电机设备运行效率，而且有助于对今后生产的调整进行有效的电力匹配，减少和杜绝电力运行中的安全隐患，提供基础的数据依据，使整个电力系统更经济、安全、可控。 （2）快速诊断与维护 像首钢曹妃甸这样的大规模钢铁项目，其低压配电与电机控制站点分布在高炉、焦化厂、炼钢厂、冷扎厂、发电厂等各个地方，一旦发生停电、跳闸、短路等问题，可能造成牵一发而动全身的事故。在这样的情况下，对于电气工程师来说，急需采用模块化、网络化、智能型的低压元器件便于灵活搭配与升级，更重要的是能通过远程控制与监视的方式来了解和控制各处电气状态和参数，便于集成管理，以保证诊断的准确性与维修的及时性，同时还可实现向终端控制以及工厂办公自动化的发展。西门子公司的新一代可通讯智能断路器——SENTRON 3WL框架式空气断路器和SENTRON 3VL塑壳断路器系列的许多功能特点正是根据上述用户需求来设计的。 “这是冶金行业第一次如此大规模地采用智能型、网络化的低压开关元件”，西门子IA&DT集团北方区域工业行业业务部赵丽霞经理说道。 智能化断路器实现远程诊断与维护 随着电力系统越来越高的可靠性及自动化要求，无论是发电、输电、配电还是用电，都提出了监测、控制、保护等方面的自动化和智能化的要求。断路器作为电力系统中最重要的控制元件，它的自动化和智能化是电器设备智能化的基础。 由于首钢曹妃甸一期项目涉及多个工艺段和工厂车间，其低压配电保护开关柜分布地域广，对开关器件的诊断准确性、维修及时性与电源管理集成性要求高。西门子SENTRON 3WL空气断路器和SENTRON 3VL塑壳断路器系列在此项目的实际应用中体现出了智能化与网络化的优势。 SENTRON断路器集成了创新的通讯和测量功能，无论是应用于变压器低压侧出线、低压母联等重要馈线回路的3WL框架断路器，还是应用于一般低压出线回路的3VL塑壳断路器，在网络连接方面都可以通过通信模块而具备标准的PROFIBUS-DP总线通信能力，为首钢曹妃甸工厂电能监控管理带来的好处是： 随时将断路器的开关分/合信号、脱扣信号、储能机构储能信号、合闸准备就绪信号、欠电压脱扣信号等状态量信息上传到PLC控制器，同时还具有谐波测量和故障录波功能。 随时将电流、电压、功率、电能、功率因数、频率以及它们的最大值/最小值、断路器温度等模拟量信号上传到上位控制器，从而提供详细的远程维护诊断信息。 在远程测试和维护方面，配置电动机操作机构，实现远程分/合断路器；可通过上位的Switch ES power软件实现远程参数整定，操作性更透明，灵活性更高，调试更加快速。 “此项目中，SENTRON断路器强大的通信功能在初始化钢厂供电参数、配电运行组态、故障诊断、测试、维护及全能量管理方面打开了全新的应用空间”，赵丽霞经理谈到。 电机保护、控制与维护的集成 对于大型过程行业，大量由电机驱动的关键工艺设备一旦发生停机故障，代价将非常昂贵。因此，像首钢这样的大型冶金企业均十分关注对电机的实时保护、控制和优化的能源管理，以避免现场负载尤其是重载设备的停机和损坏。就此项目而言，大约有2/3的低压开关柜是MCC马达开关柜，必须考虑采用像SIMOCODE pro这样集电机保护、控制、监督和管理功能于一体的先进电机管理系统来代替传统的电机起动器，其好处主要在于：独立于自动化控制系统之外的多功能电子式全电机防护系统可更大程度防止电机故障和停机风险；基于开放网络的通讯功能随时获得详细的操作、维护和诊断数据，以减少现场工程师和维护成本，并及时迅速地检测和解决故障；基于软件的多种电机控制功能，以及总线集成的连接方式，节省了现场大量硬件和接线费用。 [caption id="attachment_1137" align="aligncenter" width="229" caption="SIMOCODE pro 3UF7电机保护控制器"]
[/caption] 在电机保护方面，SIMOCODE pro 3UF7将多级保护和监视功能结合起来，除了一般的电机过载保护、电机堵转保护、相故障检测之外，还提供额外的热敏电阻保护，通过电流限值设定的方式实现趋势分析/故障预警、内/外部接地故障检测功能，用以对于不同配电系统中电机的接地保护，“完全满足首钢项目的电机可靠运转需求。” 在首钢曹妃甸项目中，一套工艺装置甚至一个工艺段上，经常都会分散地安装着各种工况的用电设备，如感性负载（风机、水泵等）、阻性负载（加热器等），即使是同类负载，由于工艺上的差异又会有一般类负载/重载类负载之分。根据这些电机的负载要求和工艺需求，必须为电机提供各种有针对性的起动控制方式。SIMOCODE pro 3UF7预置的多种起动控制功能——直接起动、可逆起动、星-三角起动、软启动、电磁阀开关驱动、定位器驱动、塑壳断路器的控件和通讯网关、双速换相电机起动等等，可供首钢用户自由选择其中部分起动方式，全面保障了用户的主要冶金工艺装置的顺利运行。此外，3UF7具有可调脱扣特性的反时限固态过载保护，内置了TC5~TC40的8条脱扣特性曲线，因此有效地适应各类负载的不同起动要求，使电机得到更有效的利用。 [caption id="attachment_1138" align="aligncenter" width="250" caption="3UF7脱扣特性曲线"]
[/caption] 对于首钢曹妃甸的现场技术服务工程师来说，不仅要了解电机设备运行状况、生产工艺进程，而且希望通过有效的数据采集实现设备能源的优化管理，为此，可通讯的设备/系统就成为关键所在。在曹妃甸工厂中，3UF7作为标准PROFIBUSDP现场总线从站设备接入PLC控制系统，实时将电机操作数据（电机开关状态、相电流、相电压、视在功率、相失衡、延时跳闸……）、维护数据（电机运转时间、停机次数、起动次数、过载跳闸次数、设备运转时间……），以及诊断数据（早期警告和故障信息、最后跳闸电流值、回检故障……）传输给上位监控站点，尤其有助于帮助现场维护人员快速确认故障原因，或者识别即将发生的故障，从而采取预防性维护措施加以避免。另外，可通讯的3UF7还大大简化了电机的操作和管理。现在，现场工程师们无需在各设备间奔波进行电机馈电装置参数化，3UF7的参数化可从中央控制室通过PROFIBUS-DP远程实现。尤其使用SIMOCODE ES Professional软件可对3UF7内部参数进行在线修改，而不需要系统停机，从而为曹妃甸基地今后项目的扩建和工艺装置变更带来很大的好处。 [caption id="attachment_1139" align="aligncenter" width="315" caption="3UF7内部参数在线修改和配置"]
[/caption] “低压元器件的网络配置和通讯调试是该项目中工作量最大的一部分”，赵丽霞说道，“但我们仍然在如此紧张的时间内完成了及时供货和现场调试工作”。当然，要建设一个像首钢曹妃甸这样的大型透明化工厂，还有很多的工作要做，而西门子智能化、可通讯的低压元器件平台则为此打下了良好的基础。
