王 偉

作者通聯(lián)：西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司 西安市 710016

E-mail：w.ang.v@163.com

瑞安新型LD-30電控冷軋管機，是在液壓或機械傳動的基礎(chǔ)上，依據(jù)我國冷軋管機的需求研制而成的。該設(shè)備工藝先進(jìn)、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、操作簡便、生產(chǎn)效率高（120次/min），但由于回轉(zhuǎn)及送進(jìn)系統(tǒng)測量編碼器為長期工作器件，其聯(lián)軸器易松動，松動后編碼器計數(shù)不準(zhǔn)，易引起主電路電機誤動作，輕微時損壞主電路固態(tài)繼電器等電氣元件，在管材表面產(chǎn)生劃痕，嚴(yán)重時會將芯棒及管坯一起扭曲變形，造成較大的損失。

1.設(shè)備工作原理

直流主電機經(jīng)皮帶將動力傳送給主減速機，與主減速機輸入軸同軸相連著輔助減速機，該減速機的輸出軸上安裝著一個位置控制盤，用來調(diào)整送進(jìn)、回轉(zhuǎn)動作在機架往復(fù)運動期間的起始位置。位置控制盤的轉(zhuǎn)動周期與工作機架的往復(fù)周期是相同的，位置控制盤的形狀如圖1。

當(dāng)軋機工作時，位置控制盤轉(zhuǎn)動，控制盤上90°突出部分周期性地觸發(fā)與其垂直的接近開關(guān)（X006）。X006 接通時，執(zhí)行程序段 1（圖 4a）、2（圖 5a），Y014、Y016輸出，使固態(tài)繼電器 SSR1、SSR3導(dǎo)通（圖 2），開始送進(jìn)、回轉(zhuǎn)。當(dāng)送進(jìn)、回轉(zhuǎn)電機同軸安裝的增量編碼器輸出脈沖數(shù)達(dá)到C235～C240設(shè)定值時，Y014、Y016停止輸出，SSR1、SSR3 關(guān)斷，Y015、Y017 輸出，SSR2、SSR4導(dǎo)通，送進(jìn)、回轉(zhuǎn)剎車（能耗制動），能耗制動電流由R1及R2限制。X000～X005是三菱PLC FX1N內(nèi)部高速計數(shù)器的輸入端，它們對應(yīng)著高速計數(shù)器C235～C240。轉(zhuǎn)動送進(jìn)量選擇開關(guān)KK（圖3），使其滑動端接至X000～X004中的任一個，可選擇不同的計數(shù)器設(shè)定值，它們分別對應(yīng)著五種送進(jìn)量。X005為回轉(zhuǎn)計數(shù)器C240的脈沖輸入端。程序（圖5）中：X026為主機電機風(fēng)機熱保護(hù)，M4為送進(jìn)回轉(zhuǎn)啟動信號，M5為送進(jìn)小車前進(jìn)信號，M6為送進(jìn)小車后退信號，M11為工藝潤滑油泵啟動信號及送進(jìn)回轉(zhuǎn)電機電樞過流信號，M13為送進(jìn)回轉(zhuǎn)電機失磁保護(hù)。在正常軋制過程中上述常閉觸點的狀態(tài)不變，常開觸點閉合。

2.故障分析

如果在軋機工作時，編碼器突然損壞或編碼器聯(lián)軸器松動及送進(jìn)脈沖輸入信號線斷，都會引起計數(shù)脈沖不足。此時如果機架中的軋輥已將管坯牢牢壓死，但PLC中的計數(shù)器未記錄夠設(shè)定的脈沖數(shù)，PLC會認(rèn)為機架仍在后伺點附近，繼續(xù)為送進(jìn)、回轉(zhuǎn)電機供電，直到位置控制盤突出的90°部分轉(zhuǎn)過接近開關(guān)。主電機的轉(zhuǎn)速越低，接近開關(guān)接通時間越長，送進(jìn)、回轉(zhuǎn)過載時間也就越長，芯棒較細(xì)時，芯棒及管坯扭曲變形的概率越大；芯棒較粗時，SSR發(fā)熱損壞的可能性越大。主電機的轉(zhuǎn)速越高，接近開關(guān)接通的時間越短，送進(jìn)、回轉(zhuǎn)電機通電時間也就越短，送進(jìn)過載時間也就越短，SSR損壞的可能性就越小。但會因為機架已經(jīng)遠(yuǎn)離后伺點，軋輥與管坯間隙減小或消失，送進(jìn)回轉(zhuǎn)動作還沒有消失，管坯與軋輥間產(chǎn)生摩擦，管材外表面出現(xiàn)劃痕。這是不希望看到的。

3.改進(jìn)方案

為了避免編碼器引起的以上問題，同時減少器件、簡化電路，降低故障率。使用開環(huán)控制系統(tǒng)替換原有的編碼器測量反饋系統(tǒng)。送進(jìn)距離及回轉(zhuǎn)角度由PLC內(nèi)部定時器控制，只要定時器時間設(shè)置合理，送進(jìn)距離、回轉(zhuǎn)角度同樣能夠達(dá)到理想的效果。因為沒有了外部編碼器的故障影響，送進(jìn)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的可靠性得到大幅提高。

4.外圍硬件及程序改動

（1）在硬件上將送進(jìn)及回轉(zhuǎn)測量編碼器拆除，送進(jìn)量選擇開關(guān)KK（圖3）固定端a直接接+12V，X5閑置不用，其余不變。

（2）修改PLC程序。將程序段1由程序段3替換，程序段2由程序段4替換。因為PLC的定時器精度與程序的安排有關(guān)，如果定時器的觸點在線圈之前，精度將會降低。平均誤差為1.5個掃描周期。為此修改程序時程序段3應(yīng)在程序段4前，并且中間沒有其他程序。程序段3中定時器T12～T17的延時時間控制送進(jìn)、回轉(zhuǎn)電機的通電時間即送進(jìn)量和回轉(zhuǎn)角度，可根據(jù)實際需要，在現(xiàn)場試驗獲得。應(yīng)注意的是延時時間不能超過X006的接通時間，如果超過，在機架往復(fù)速度慢時送進(jìn)量和回轉(zhuǎn)角度會超過正常軋制時的正常值；在機架往復(fù)速度較快時，送進(jìn)、回轉(zhuǎn)又會失去剎車動作。以120次/min的機架最高往復(fù)速度為標(biāo)準(zhǔn)，位置控制盤轉(zhuǎn)過90°的時間t=125ms。因為送進(jìn)、回轉(zhuǎn)電機的供電電壓已使送進(jìn)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)完全具備在125ms內(nèi)完成送進(jìn)、回轉(zhuǎn)及剎車的能力，所以定時器延時時間只要小于90ms就可以了，剩余的35ms留給能耗制動也是充裕的。

5.結(jié)束語

在某些特殊情況下，合理利用PLC內(nèi)部軟元件代替外部硬件的功能，不僅降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度使設(shè)備的可靠性得到大幅提升，同時減少了硬件維修、更新費用。簡化后的PLC外部控制線路，為設(shè)備維護(hù)人員快速準(zhǔn)確的判斷、排除故障也提供了方便。

通過一年來對設(shè)備維修記錄及管材質(zhì)量控制卡片的統(tǒng)計和現(xiàn)場觀察，改進(jìn)后的送進(jìn)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)送進(jìn)距離及回轉(zhuǎn)角度穩(wěn)定可靠。由該軋機生產(chǎn)出得無縫管材內(nèi)外表面均無劃痕，而且再未發(fā)生過因送進(jìn)、回轉(zhuǎn)失控而引起的設(shè)備及管材質(zhì)量事故。改進(jìn)后，數(shù)臺同型號軋機每年可為公司節(jié)約的編碼器、工模具、鈦材損耗費用近兩萬元。 W10.01-27