潘 軍

（寶山鋼鐵股份有限公司鋼管條鋼事業(yè)部，上海 201900）

寶山鋼鐵股份有限公司（簡稱寶鋼股份）鋼管條鋼事業(yè)部HFW焊管生產(chǎn)線上生產(chǎn)中直徑高頻直縫電阻焊管的全套成型設(shè)備由德國SMS Meer公司設(shè)計(jì)并制造，可以生產(chǎn)直徑219.1～609.6 mm、壁厚4.0～20.0 mm、最大長度達(dá)18.0 m的高頻直縫電阻焊管。生產(chǎn)線設(shè)備主要組成部分有：帶鋼準(zhǔn)備部分，銑邊機(jī)，管子成型、焊接、定徑/整型部分，焊縫熱處理部分，探傷部分，切管部分。其中，銑邊機(jī)的主要作用是為成型和焊接工序提供寬度符合要求的帶鋼，一旦銑邊機(jī)停機(jī)就會(huì)造成后道工序生產(chǎn)線的全面停機(jī)［1-2］。

銑邊機(jī)設(shè)備主要由左右刀盤切削電機(jī)、左右刀盤油缸、仿形油缸、左右側(cè)寬輥、上壓輥等［3-11］組成。銑邊機(jī)的工作原理如圖1所示。

HFW焊管線生產(chǎn)中，當(dāng)成型段換產(chǎn)品規(guī)格（包括不變換外徑只更改壁厚）、帶鋼上的橫焊縫經(jīng)過銑邊機(jī)時(shí)，整條焊管線必須停機(jī)以調(diào)整帶鋼銑后寬度參數(shù)，最后使銑邊機(jī)左右刀盤調(diào)整到要求的位置后，再開動(dòng)設(shè)備進(jìn)行成型段的穿帶過程。實(shí)際生產(chǎn)情況中，不變換外徑只更改壁厚的概率非常高，每天約3次。另外，穿帶過程中生產(chǎn)的焊管質(zhì)量較低，至少有2根焊管做降級(jí)處理。這樣每天頻繁停機(jī)，最多可導(dǎo)致6根管子成為降級(jí)管。所以有必要通過攻關(guān)研究，改變焊管生產(chǎn)線的控制方式及銑邊機(jī)寬度調(diào)整控制程序，以實(shí)現(xiàn)帶鋼銑后寬度的動(dòng)態(tài)調(diào)整，使整條焊管生產(chǎn)線不停機(jī)，從而減少降級(jí)管，提高產(chǎn)品收得率。

圖1 銑邊機(jī)的工作原理

1 改進(jìn)要求

根據(jù)HFW焊管生產(chǎn)線具體情況，確定了以下功能改進(jìn)要求：

圖2 銑邊機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)整銑邊寬度功能邏輯示意

（1）要求橫焊縫在銑邊機(jī)前后各3 m內(nèi)完成不停機(jī)動(dòng)態(tài)換壁厚的功能；

（2）要考慮左右刀盤油缸動(dòng)作速度和帶鋼運(yùn)行速度，以確保在橫焊縫前后各3 m內(nèi)完成刀盤位置調(diào)整；

（3）要能識(shí)別來料帶鋼的寬度變化（窄變寬或?qū)捵冋?，并確保左右刀盤動(dòng)作的方向正確；

（4）要實(shí)現(xiàn)不停機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)整銑后寬度功能；

（5）要確保左右刀盤到工作位后的自動(dòng)鎖緊。

2 動(dòng)態(tài)調(diào)整銑邊寬度功能實(shí)現(xiàn)

通過試驗(yàn)和實(shí)踐，確定了通過邏輯程序功能化完善實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整左右切削刀盤油缸位置的方案。在焊管生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)情況下，當(dāng)下一卷不同厚度的帶鋼經(jīng)過銑邊機(jī)時(shí)，在橫焊縫規(guī)定范圍內(nèi)，確保銑邊機(jī)不停機(jī)的前提下，左右切削刀盤油缸位置自動(dòng)調(diào)整定位。銑邊機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)整銑邊寬度功能邏輯如圖2所示。

2.1 橫焊縫跟蹤功能的實(shí)現(xiàn)

直縫焊管生產(chǎn)中，通過兩鋼卷之間對(duì)接實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，卷與卷之間通過CO2氣體保護(hù)電弧焊連接，形成橫焊縫，橫焊縫跟蹤實(shí)現(xiàn)方法如圖3所示，剪切機(jī)在帶鋼的橫焊縫后約100 mm處沖孔，在銑邊機(jī)前6.5 m處安裝有對(duì)射光柵，光柵發(fā)射端位于帶鋼底部，當(dāng)橫焊縫經(jīng)過該光柵后，圓孔透光即被檢測到，光柵檢測范圍為15 cm，以確保光柵信號(hào)不受圓孔在此范圍內(nèi)左右偏差的影響。這樣，當(dāng)橫焊縫經(jīng)過銑邊機(jī)時(shí)，成型段PLC系統(tǒng)就能根據(jù)光柵信號(hào)自動(dòng)判定，同時(shí)自動(dòng)更新卷號(hào)信息，確保料流信息準(zhǔn)確。

圖3 橫焊縫跟蹤實(shí)現(xiàn)方法

焊管生產(chǎn)線上各設(shè)備離橫焊縫光柵探頭的直線距離是固定的，根據(jù)生產(chǎn)線的速度和這些設(shè)備間距，通過光柵信號(hào)的觸發(fā)，PLC系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地計(jì)算出橫焊縫在生產(chǎn)線上的位置，這樣就實(shí)現(xiàn)了橫焊縫自動(dòng)跟蹤（CWT）功能。

由于成型段PLC具有這橫焊縫的跟蹤功能，通過DP/DP Coupler（耦合器）將成型PLC內(nèi)的焊縫位置數(shù)據(jù)送到銑邊機(jī)PLC的模擬量PID116中，使得PID116數(shù)值即為銑邊機(jī)距離橫焊縫光柵探頭的直線距離；又由于橫焊縫光柵探頭距離銑邊機(jī)左右兩側(cè)切削刀盤中心線直線距離為6.5 m，所以銑邊機(jī)前后各3 m的范圍確定為3.5 mm ∧PID116數(shù)值 ∧9.5 mm。

2.2 帶鋼來料寬度變化自動(dòng)識(shí)別

銑邊機(jī)不停機(jī)自動(dòng)調(diào)整刀盤位置時(shí)，需要考慮兩種帶鋼來料寬度變化情況，即窄變寬和寬變窄。如果來料比當(dāng)前的鋼板寬，為避免鋼板撞擊左右刀盤而產(chǎn)生打刀情況，則需要在橫焊縫到達(dá)銑邊機(jī)前就自動(dòng)調(diào)整刀盤位置；如果來料比當(dāng)前的鋼板窄，為避免過早調(diào)整刀盤位置而造成切削量過大使得切削電機(jī)過載，則必須在橫焊縫到達(dá)銑邊機(jī)后再改變銑刀的位置。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，如果成型段需要更換產(chǎn)品壁厚（帶鋼寬度），銑邊機(jī)操作工需要配合更改銑后寬度。在自動(dòng)生產(chǎn)情況下，當(dāng)新的壁厚橫焊縫出活套時(shí)，操作工需要更改操作屏上的銑后寬度數(shù)值并確認(rèn)，這時(shí)程序通過比較新舊銑后寬度數(shù)值，產(chǎn)生窄變寬和寬變窄的二進(jìn)制信號(hào)。

2.3 銑邊機(jī)自動(dòng)停機(jī)信號(hào)的產(chǎn)生規(guī)則

按原有設(shè)計(jì)，連續(xù)生產(chǎn)時(shí)如果修改畫面中的銑后寬度或者左右切削刀盤自動(dòng)定位時(shí)，會(huì)由于左右切削刀盤不在設(shè)定工作位而產(chǎn)生自動(dòng)停機(jī)信號(hào)，從而造成銑邊機(jī)和焊管生產(chǎn)線的全面停機(jī)，因此為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整就需要在程序邏輯上將這兩種情況下的停機(jī)信號(hào)封鎖。

同時(shí)也要考慮以下兩種銑邊機(jī)停機(jī)信號(hào)的產(chǎn)生情況：銑后寬度數(shù)據(jù)變化后的40 s內(nèi)雖然銑后寬度數(shù)值發(fā)生了變化，但左右刀盤位置仍舊保持在原來工作位自動(dòng)生產(chǎn)，如果期間橫焊縫沒有到來或左右刀盤位置未自動(dòng)定位，將會(huì)自動(dòng)停機(jī)；如果橫焊縫到來且在銑邊機(jī)前后各3 m的范圍內(nèi)左右刀盤位置未成功自動(dòng)定位則也會(huì)造成銑邊機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

為保證銑后寬度的反復(fù)變化不受工作位的因素影響而自動(dòng)停機(jī)，以左右刀盤自動(dòng)定位開始作為復(fù)位條件來防止停機(jī)信號(hào)的產(chǎn)生。由于換壁厚時(shí)橫焊縫的物理位置超出橫焊縫前后各3 m，將會(huì)因?yàn)楣ぷ魑慌c實(shí)際位不相符而停機(jī)，所以左右切削刀盤油缸是否及時(shí)移動(dòng)到位對(duì)于是否會(huì)產(chǎn)生銑邊機(jī)停機(jī)信號(hào)非常重要。

2.4 刀盤自動(dòng)定位

按照試驗(yàn)結(jié)果，生產(chǎn)線速度為15 m/min時(shí)，將左右刀盤油缸動(dòng)作速度設(shè)定值增加2倍后，改變單邊銑削量5 mm只需要1 s左右時(shí)間就能使左右刀盤油缸調(diào)整到位（此時(shí)帶鋼行走了約0.25 m）。

因此約定，帶鋼窄變寬時(shí)，當(dāng)橫焊縫不到銑邊機(jī)處（提早約1 m），即焊縫位置距離數(shù)據(jù)PID116（橫焊縫離銑邊機(jī)前光柵距離）大于5.5 m時(shí)觸發(fā)左右刀盤鎖緊油缸自動(dòng)打開，刀盤油缸向新的工作位方向自動(dòng)定位，到位后左右刀盤油缸自動(dòng)鎖緊，停止自動(dòng)定位調(diào)整，期間生產(chǎn)線保持連續(xù)生產(chǎn)。同樣，帶鋼寬變窄時(shí)，當(dāng)橫焊縫超出銑邊機(jī)處約0.3 m，即焊縫位置距離數(shù)據(jù)PID116大于6 m時(shí)觸發(fā)左右刀盤鎖緊油缸自動(dòng)打開。當(dāng)銑后寬度數(shù)據(jù)發(fā)生變化后，左右切削刀盤自動(dòng)定位調(diào)整觸發(fā)前，另外需要在操作臺(tái)上按一下“走工作位”按鈕，以此對(duì)定位做再次確認(rèn)。

左右刀盤自動(dòng)到位的前提是：橫焊縫前后各3 m油缸能瞬間到位，且不損壞壓在帶鋼上的壓輪。

3 應(yīng)用效果

2011年銑邊機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)整銑邊寬度的功能在寶鋼股份鋼管條鋼事業(yè)部HFW焊管生產(chǎn)線上投入使用，減少了更換生產(chǎn)規(guī)格時(shí)產(chǎn)生的廢品量，提高了HFW焊管的收得率，使原來86%左右的收得率增加到目前的90%以上。

銑邊機(jī)不停機(jī)換壁厚功能程序邏輯波形測試（生產(chǎn)線速度20 m/min，銑后寬度由865 mm改為862 mm）如圖4所示。

圖4 不停機(jī)換壁厚功能程序邏輯波形測試

從圖4可以看出，銑邊機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)整銑邊寬度的功能效果良好，快速有效。

寶鋼股份鋼管條鋼事業(yè)部HFW焊管生產(chǎn)線的動(dòng)態(tài)調(diào)整銑邊寬度的功能是在原有機(jī)械設(shè)備不變的情況下通過程序邏輯改進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的。通過對(duì)板卷之間橫焊縫的位置跟蹤，確定橫焊縫到銑邊機(jī)的距離；在更換生產(chǎn)規(guī)格、需要改變鋼板的銑切寬度時(shí)，自動(dòng)調(diào)整左右刀盤位置，實(shí)現(xiàn)了不停機(jī)自動(dòng)改變鋼板的銑切寬度功能，具有一定的創(chuàng)新性。

該功能可在生產(chǎn)線速度20 m/min以下、單邊銑后寬度調(diào)整量小于5 mm和生產(chǎn)壁厚12 mm以下薄壁產(chǎn)品時(shí)使用，但由于不同銑邊機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)不同，并且左右刀盤油缸移動(dòng)的速度和精度控制存在不確定性，因此同類企業(yè)若要實(shí)施該技術(shù)必須經(jīng)過充分的驗(yàn)證。