劉永杰，朱 鋮，劉長城

（奧科寧克（昆山）鋁業(yè)有限公司，江蘇蘇州 215300）

0 引言

奧科寧克（昆山）鋁業(yè)有限公司的冷軋機(jī)是由涿神公司2004年制造的，四輥不可逆式1550 mm 鋁板帶冷軋機(jī)，兼有冷軋機(jī)及鋁箔粗軋機(jī)的性能。其最高速度900 m/min，最大軋制力1200 t，軋制來料厚6～8 mm、成品3.0～0.05 mm 的鋁合金帶材。在生產(chǎn)過程中，存在以下兩個問題：冷軋機(jī)斷帶后，線速度900 m 帶材與輥縫金屬摩擦產(chǎn)生大量熱，在冷卻介質(zhì)煤油作用下極易起火造成火災(zāi)；冷軋機(jī)因不能及時觸發(fā)CO2系統(tǒng)，經(jīng)常燒壞對油管和電纜，斷帶后輥縫堵料對輥?zhàn)硬羷潅麌?yán)重，常常需要六七個小時才能恢復(fù)生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低下。因此快速檢測到斷帶信號成為一個亟需解決的問題。

1 冷軋機(jī)斷帶的檢測方法

冷軋機(jī)在斷帶后一般都有自動檢測功能，防止出現(xiàn)誤觸發(fā)信號，即實(shí)際沒有發(fā)生斷帶，設(shè)備自檢發(fā)出誤斷帶信號，設(shè)備液壓和氣壓系統(tǒng)卸荷，會按斷帶邏輯等一系列流程動作最終導(dǎo)致生產(chǎn)中帶材發(fā)生斷帶造成廢料。所以根據(jù)生產(chǎn)情況需要加入連鎖信號，開卷和卷取建張、主機(jī)速度信號、出口測厚儀厚差小于5%、齒輪箱擋位信號等。

斷帶檢測方法一般有4 種，分別是手動觸發(fā)斷帶按鈕、紅外傳感器的檢測方法、電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化量的檢測方法和速度變化量dv/dt 的檢測方法。

通過跟蹤大量的斷帶數(shù)據(jù)，結(jié)合冷軋機(jī)自身的西門子控制系統(tǒng)和斷帶邏輯，增加了紅外傳感器、轉(zhuǎn)矩波動、速度變化量的檢測方法，通過持續(xù)改進(jìn)取得了良好效果。

1.1 手動觸發(fā)斷帶按鈕

為消除著火隱患，斷帶后輥縫每次需要噴CO2，同時為了便于操作，在出口和入口以及主操臺上均設(shè)計(jì)有斷帶按鈕。斷帶按鈕被觸發(fā)后，軋機(jī)控制系統(tǒng)會按斷帶邏輯自動停機(jī)，CO2系統(tǒng)輥縫噴放，消除火災(zāi)隱患。在實(shí)際應(yīng)用中，操作工提前預(yù)判版形或來料缺陷，或在自動斷帶檢測失效后進(jìn)行自我判斷是否啟CO2系統(tǒng)。手動觸發(fā)斷帶按鈕因?yàn)殪`活性強(qiáng)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。缺點(diǎn)是斷帶后操作手響應(yīng)慢，不及時觸發(fā)CO2系統(tǒng)等會造成火災(zāi)隱患，需要二次啟動低壓滅火系統(tǒng)，軋機(jī)恢復(fù)時間較長。

1.2 紅外對射傳感器檢測

在冷軋機(jī)入口和出口側(cè)安裝紅外對射傳感器，生產(chǎn)的帶材從紅外線中間穿過，傳感器紅外線被阻斷，接收端信號為0；如果發(fā)生斷帶，對射傳感器的接收端信號為1，自動觸發(fā)斷帶信號，信號檢測快，能夠快速觸發(fā)輥縫CO2滅火系統(tǒng)。

這種方法的缺點(diǎn)是在來料有缺陷如帶材有孔洞時易誤觸發(fā)信號，另外在周圍環(huán)境油煙過大時影響到紅外傳感器測量的準(zhǔn)確性，需要有防護(hù)罩避免斷帶后被打壞；使用中需要定期維護(hù)和檢查；經(jīng)常擦拭鏡片上的油污以及檢查調(diào)整發(fā)射端和接收端的在一條直線上重合度。

1.3 電機(jī)轉(zhuǎn)矩變化量檢測

冷軋機(jī)開卷和卷取最大張力在12 t，生產(chǎn)中開卷和卷取速度環(huán)飽和，給定轉(zhuǎn)矩T給定和實(shí)際反饋轉(zhuǎn)矩T反饋相等，在發(fā)生斷帶的一瞬間開卷和卷取相互作用張力快速降低，負(fù)載變小電機(jī)實(shí)際受力也會變小，相應(yīng)地T反饋也會瞬間變小，當(dāng)T反饋＜70%T給定觸發(fā)斷帶信號；卷取機(jī)張力一般大于開卷機(jī)，當(dāng)T反饋＜60%T給定觸發(fā)斷帶信號。此方法優(yōu)點(diǎn)準(zhǔn)確率高，應(yīng)用廣泛。

該方法的缺點(diǎn)是對帶材厚度比較敏感，跟蹤大量數(shù)據(jù)不適宜用在薄料檢測和張力較小的情況下，出口厚度小于1.2 mm 的料，在實(shí)際使用中加減速時轉(zhuǎn)矩反饋響應(yīng)滯后，經(jīng)常會出現(xiàn)誤觸發(fā)。

1.4 速度變化量檢測

在鋁板斷帶時速度變化量的檢測方法中，dv 代表速度變化量，dt 代表時間變化量（50 ms）。圖1 即斷帶后速度變化量dv/dt檢測方法的流程圖，不需要硬件和費(fèi)用投入，直接取軋機(jī)主電機(jī)上的速度編碼器信號，用PLC 程序邏輯計(jì)算和速度變化量的閥值做出判斷，通過開卷機(jī)和卷取機(jī)dv/dt 變化量分別檢測軋機(jī)入口和出口處的斷帶情況。

圖1 速度變化量dv/dt 檢測方法邏輯流程

1.4.1 入口開卷機(jī)dv/dt 斷帶檢測方法

（1）冷軋機(jī)斷帶后，在齒輪箱低速擋上，瞬間作用在開卷機(jī)帶材上的張力失張，測厚度實(shí)測帶材的反饋“帶材厚度小于1.2 mm，主機(jī)速度大于130 m/min 且dv/dt 大于164”邏輯條件同時滿足時，自動觸發(fā)開卷機(jī)斷帶信號。低速擋上測厚儀實(shí)測帶材厚度大于等于1.2 mm，dv/dt 大于250。因?yàn)楹窳系纳a(chǎn)速度最高為390 m/min，金屬的厚度壓下量在35%～50%，金屬的延伸率變化量大，同時產(chǎn)生帶材方向的后滑量，速度變化量的閥值就會偏高。

（2）開卷機(jī)高速擋的最高速度為900 m/min，齒輪箱高速I擋位，速度大于130 m/min，dv/dt＞45。開卷機(jī)齒輪箱高速II 擋位，速度大于130 m，dv/dt>150。

1.4.2 卷取機(jī)速度變化量dv/dt 檢測方法

（1）卷取機(jī)齒輪箱低速擋位，最高線速度390 m/min 時張力丟失，速度大于100 m/min，dv/dt>117。

（2）卷取機(jī)齒輪箱高速擋位I，最高線速度900 m/min 時張力信號丟失，速度大于100 m/min，速度斜率大于50 時dv/dt>50，速度斜率小于等于50 時dv/dt>40。

（3）卷取機(jī)齒輪箱高速擋位II，速度大于100 m/min 時張力信號丟失，dv/dt>60。

1.4.3 速度變化量dv/dt 的計(jì)算方法

實(shí)時線速度減去50 ms 前的速度，結(jié)果再除以50 ms 的比值等于dv/dt，通過PLC 程序?qū)⒔Y(jié)果暫存在控制器，計(jì)算dv/dt 在不同擋位的厚度段的變化量超過閥值。其中，閥值基準(zhǔn)是通過2015 年—2018 年大量的跟蹤數(shù)據(jù)不斷修正優(yōu)化得出的結(jié)果。

圖2 中速度變化量dv/dt 開卷和卷取同時在32 ms 檢測到斷帶信號，其效果非常明顯，快速啟動CO2系統(tǒng)；準(zhǔn)確率高、響應(yīng)快，現(xiàn)場火災(zāi)風(fēng)險隨之價降低，避免大量線路和油管氣管燒壞，節(jié)省大量輔助時間，提高生產(chǎn)效率。

圖2 dv/dt 在32 ms 檢測到斷帶

2 總結(jié)

奧科寧克（昆山）鋁業(yè)有限公司是專業(yè)做轎車釬焊板材料的高新技術(shù)企業(yè)，自冷軋機(jī)斷帶增加對射紅外光電傳感器、轉(zhuǎn)矩檢測、速度變化量檢測功能之后，降低了斷帶廢料在輥縫卡阻和輥?zhàn)颖砻娴牟羷潅娱L了輥?zhàn)拥氖褂脡勖?，斷帶次?shù)逐年下降，減少非計(jì)劃換輥次數(shù)，從而提高生產(chǎn)效率（圖3）。

圖3 奧科寧克（昆山）鋁業(yè)有限公司冷軋機(jī)年度斷帶趨勢

檢測功能優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下：

（1）紅外對射傳感器檢測方法對于現(xiàn)場條件和環(huán)境有一定要求，有時會出現(xiàn)斷帶打壞傳感器等情況，工況比較差時要求定期維護(hù)和矯正紅外對射的準(zhǔn)確性。

（2）轉(zhuǎn)矩檢測方法主要適用于張力大的板材，厚度大于1.2 mm以上效果比較明顯，薄料不建議使用，對來料板形有一定要求，來料板形有粘鋁、壓褶、厚度峰刺、白斑等切邊不全的不宜使用。

（3）速度變化量檢測的方法對觸發(fā)邏輯和基準(zhǔn)要求較高，前期需要大量數(shù)據(jù)來優(yōu)化dv/dt 觸發(fā)的基準(zhǔn)值，通過匹配不同帶材厚度和減速箱箱擋位以及線速度來使用。

（4）現(xiàn)場使用中在連鎖中加入了出口厚度信號，可以更好地避免帶材打滑引起的誤觸發(fā)，現(xiàn)場使用效果非常好，不用考慮環(huán)境油污、振動對斷帶檢測傳感器的影響以及手動觸發(fā)慢等缺陷，檢測時間在100 ms 以內(nèi)，響應(yīng)快、準(zhǔn)確率高，能夠快速啟動CO2滅火系統(tǒng)。