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