周東

(萊鋼銀山型鋼板帶廠,山東 萊蕪 271104)

1 引言

萊鋼1500 mm寬帶延跨鋼卷運輸系統(tǒng)為后期配套工程,由大連重工2007年設(shè)計制作,主要設(shè)備由 1#步進梁、1#鏈 、2#步進梁 、2#鏈、5#步進梁和6#步進梁組成。其中1#步進梁、2#步進梁、5#步進梁和6#步進梁為液壓步進式驅(qū)動,1#鏈、2#鏈為交流電機驅(qū)動。該系統(tǒng)主要功能是將原運輸系統(tǒng)的鋼卷通過新設(shè)計延跨鋼卷運輸系統(tǒng)運送鋼卷至成品發(fā)貨區(qū)域。

2 現(xiàn)狀

系統(tǒng)在運行過程中主要存在如下問題:1)步進梁升降閥采用電磁換向閥,流量不易控制,造成機械沖擊過大,檢測信號不穩(wěn)定;2)步進梁平移位置檢測采用接近開關(guān),步進梁在平移過程中振動造成信號不穩(wěn)定,鋼卷運卷過程中掉落,延緩了生產(chǎn)節(jié)奏;3)1#鏈、2#鏈停止及定位檢測采用接近開關(guān),1#鏈、2#鏈采用交流電機驅(qū)動方式,電機采用V/f控制模式,頻繁出現(xiàn)過流跳電現(xiàn)象,1#鏈、2#鏈不到位或超行程影響正常運卷且存在掉鋼卷較大的安全隱患;4)萊鋼1 500mm寬帶延跨鋼卷運輸系統(tǒng)為后期配套工程,與原生產(chǎn)線運輸系統(tǒng)無法進行信息的交換和控制,依靠操作臺人員口頭確認(rèn),增大了操作的難度和危險性,影響運輸節(jié)奏;5)延跨鋼卷運輸系統(tǒng)因上述實際情況,設(shè)計手動/半自動/自動3種工作模式,目前只能采取手動操作,操作人員和維護人員勞動強度大。

3 研發(fā)思路與技術(shù)改造要點

1)步進梁步距控制改造。將步進梁升降電磁換向閥改造為比例閥,實現(xiàn)由數(shù)字到模擬控制的改進,實現(xiàn)平滑加減速;步進梁平移檢測元件接近開關(guān)位置,檢測改造為激光測距檢測,實現(xiàn)準(zhǔn)確位置定位與可靠控制,滿足自動控制要求。

2)1#鏈、2#鏈自動定位改造。將目前1#鏈、2#鏈電控系統(tǒng)交流V/f控制模式的電機增設(shè)速度編碼器,實現(xiàn)速度閉環(huán)控制,從而 1#鏈、2#鏈平穩(wěn)運行;目前1#鏈、2#鏈定位檢測通過接近開關(guān)方式,改造為位置編碼器,通過程序設(shè)計實現(xiàn)自動定位。

3)基于SIEMENS技術(shù)進行網(wǎng)絡(luò)通訊與信息交換,實現(xiàn)寬帶原運輸系統(tǒng)與延跨運輸系統(tǒng)的全自動控制。

4 主要改造技術(shù)措施

4.1 步進梁步距控制

步進梁為液壓步進式驅(qū)動模式,步距控制時序為等待位置-取卷平移-上升-運卷平移-下降-返回等待位置。升降為電磁換向閥,平移為比例閥。步進梁主要檢測元件由8個接近開關(guān)組成:進行步進梁等待位置;取卷減速;取卷停止;上升位置;運卷減速;運卷停止;下降位置;回返減速的信號檢測。

4.1.1 升降電磁閥改造

原步進梁中升降閥由于采用電磁換向閥,流量不易控制,沖擊較大,造成檢測信號不穩(wěn)定。電液比例控制是介于普通液壓閥的開關(guān)式控制和電液伺服控制之間的控制方式,比例閥可以按輸入的電氣信號連續(xù),按比例對油液的壓力、流量和方向進行遠距離控制,比例閥一般都具有壓力補償性能,所以它的輸出壓力和流量可以不受負(fù)載變化的影響。原控制系統(tǒng)采用普通的電磁換向閥,改造為比例伺服閥后,輸出信號為4～20 mA電流信號,利用軟件編程中的功能塊,對比例伺服閥給定增加斜坡控制,通過改變電流信號大小來改變比例閥的閥口開口度,從而平滑地控制輸出流量,運行響應(yīng)快,提高了設(shè)備的運行精度和穩(wěn)定性,減小了系統(tǒng)壓力波動引起的液壓沖擊。

4.1.2 步進梁平移位置檢測

采用一個激光測距傳感器代替原有步進梁中平移位置檢測接近開關(guān)的功能。激光測距傳感器為4～20 mA電流輸入信號,通過采集電流信號即可準(zhǔn)確判斷步進梁平移取卷、運卷位置,從而達到步進梁步距可靠控制及信號跟蹤。激光測距技術(shù)利用激光傳輸時間來測量距離,通過測量激光往返目標(biāo)所需時間來確定目標(biāo)距離。激光測距傳感器記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間,從而計算出液壓缸的實際行程,并通過微處理器進行適時控制,達到精確定位。由于激光測距傳感器檢測液壓缸的實際行程,對步進梁平移時產(chǎn)生的振動或行程偏差不受影響,穩(wěn)定性好,控制精度高。

4.2 運輸鏈自動定位

4.2.1 電氣控制模式改造

1#,2#鏈各有19個鋼卷支架,主要將前一個步進梁上的鋼卷一步步運送到下一個步進梁。1#,2#鏈采用SIEMENS 6SE70系列變頻器V/f控制模式交流電機進行驅(qū)動,位置定位采用接近開關(guān)進行檢測。V/f變頻控制模式在低速運行時電壓調(diào)整困難,調(diào)速范圍小。負(fù)載變化,轉(zhuǎn)差頻率變化,給定不變,定子頻率不變,電機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,不能精確控制電機實際轉(zhuǎn)速。因1#,2#鏈所帶鋼卷負(fù)載大,且低速運行,過電流故障頻繁發(fā)生。矢量控制變頻調(diào)速模式是將交流電機等效為直流電動機,分別對速度,磁場2個分量進行獨立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈,然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場2個分量,經(jīng)坐標(biāo)變換,實現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制模式調(diào)速范圍大,響應(yīng)速度快,適于頻繁加減速運行。基于此基礎(chǔ),在電機非負(fù)荷端增裝測速編碼器,采集電機速度至變頻器,電機控制模式由V/f控制模式改為速度矢量閉環(huán)控制,對電機進行靜態(tài)識別、動態(tài)識別,重新優(yōu)化電機,系統(tǒng)響應(yīng)特性快,消除了過流故障發(fā)生。

4.2.2 定位方式改造

1#,2#鏈各有19個鋼卷支架,滿載狀態(tài)下負(fù)載重,其停止位置和定位檢測通過接近開關(guān)方式進行檢測,從而進一步控制電機運行,因機械機構(gòu)設(shè)計原因運行中振動大,接近開關(guān)檢測距離小,頻繁出現(xiàn)1#,2#鏈不到位或超行程影響正常運卷和存在掉鋼卷較大的安全隱患。在充分論證分析的基礎(chǔ)上,在1#,2#鏈電機減速機端安裝一輸出軸,固定絕對值編碼器,絕對值編碼器選擇多圈型每圈8192 r,25 bit,增加檢測精度,通過絕對值編碼器讀數(shù)與1#,2#鏈每運送一支鋼卷的距離進行對應(yīng),實現(xiàn)1#,2#鏈停止位置和定位準(zhǔn)確控制。實際現(xiàn)場測量1#,2#鏈每運送一支鋼卷的步距實際距離為4.8 m,對應(yīng)絕對值編碼器讀數(shù)為10 930,軟件程序設(shè)計1#,2#鏈運行速度為梯形控制,初始速度以一定斜率加速到設(shè)定速度運行,通過絕對值編碼器實際值與步距距離對應(yīng)編碼器值10 930比較,速度以一定斜率減速到停止位置,實現(xiàn)自動停止和定位。程序設(shè)計如圖 1所示。

圖1 程序設(shè)計框圖Fig.1 Block diagram of prog ram design

4.3 網(wǎng)絡(luò)通訊與信息交換

萊鋼1 500 mm寬帶延跨鋼卷運輸系統(tǒng)為后期配套工程,設(shè)計時未與原生產(chǎn)線運輸系統(tǒng)進行信息的傳送交換和控制,鋼卷運輸上下工序銜接只能依靠兩個操作臺人員口頭確認(rèn),增大了操作的難度和危險性,影響運輸節(jié)奏。延跨鋼卷運輸系統(tǒng)自動化網(wǎng)絡(luò)分為兩級網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)和DP網(wǎng)絡(luò),如圖2所示。

圖2 鋼卷運輸系統(tǒng)自動化網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 Automation network diagram of coil transportation system

DP網(wǎng)分3段:1#,2#鏈變頻器為第1段;8CS 、10CS、H1液壓站、1#鏈就地操作臺、1#步進梁就地操作臺為第2段;2#鏈就地操作臺、2#步進梁就地操作臺、5#步進梁就地操作臺、6#步進梁就地操作臺、H2液壓站、H3液壓站、9CS為第3段?；赟IEMEN控制技術(shù),我們采用SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)將原生產(chǎn)線運輸系統(tǒng)PLC 540主站與PLC 610主站進行網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)交換,軟件編程通過發(fā)送接收功能塊完成控制字和狀態(tài)字的發(fā)送和接收。原生產(chǎn)線運輸系統(tǒng)PLC 540與寬帶延跨鋼卷運輸系統(tǒng)PLC 610主站實施網(wǎng)絡(luò)信息交換后,鋼卷運送到步進梁后面的回轉(zhuǎn)臺后,回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位后自動發(fā)送控制信號位觸發(fā)延跨鋼卷運輸系統(tǒng)1#步進梁自動運行,實現(xiàn)鋼卷全區(qū)域自動運輸。

5 結(jié)論

萊鋼1500mm寬帶鋼卷運輸系統(tǒng)于2008年6月改造并完成調(diào)試,投入使用。經(jīng)過現(xiàn)場的實際運行效果,鋼卷運輸系統(tǒng)步距控制與自動定位準(zhǔn)確可靠,寬帶鋼卷運輸系統(tǒng)實現(xiàn)了全區(qū)域自動控制,各項性能指標(biāo)均符合設(shè)計要求。

1)減緩了對機械設(shè)備的慣性沖擊,系統(tǒng)故障率比改造前降低70%,鋼卷運輸系統(tǒng)作業(yè)率提高25%。

2)鋼卷運輸步距控制和自動定位控制可靠準(zhǔn)確,實現(xiàn)了鋼卷運輸系統(tǒng)全自動控制,產(chǎn)量提升40 t/h。

3)徹底消除了由于液壓設(shè)備運行不穩(wěn)定,導(dǎo)致檢測原件損壞的問題,接近開關(guān)備件消耗降低20只/月,液壓電機1臺,月節(jié)約備件費用1.8萬/月。

4)運輸鏈電機運行電流波動范圍＜5%,消除了過流故障。

[1]王大海,段方民,王峰.步進梁式加熱爐鋼坯定位控制系統(tǒng)[J].冶金自動化,2004,28(4):34-35.

[2]孫平.P LC步進定位控制系統(tǒng)[J].電工技術(shù),2002,22(2):21-22.