加熱爐推鋼機自動定位系統的開發與應用

吳濤

(萊鋼集團 銀山型鋼有限公司板帶廠,山東 萊蕪 271126)

1 引言

帶鋼車間加熱爐推鋼機定位系統是整個加熱爐自動出鋼系統的一個有機組成部分,在爐區諸多設備中出鋼機的行走控制部分可以說是裝料端的核心設備,同時對該設備的控制精度以及工藝要求都是極為嚴格的。

2 控制過程及問題

推鋼機定位系統的控制過程為:在2#操作臺中操作步進梁自動,該開關信號經控制電纜傳輸到2#臺PLC柜內,同時推鋼機機械式位置檢測信號(即前進限位信號和后退限位信號)也通過控制電纜傳輸到該 PLC柜內,經由PLC內部程序處理后通過DP通訊網絡傳輸到1 KZ室內ET200M分站。在1 KZ室內由接觸器控制YZR200L-8,13 kW型交流電機的正、反轉以達到控制推鋼機行走和后退。由整個控制系統的構成及生產中的實際運行可知,該控制系統主要存在以下幾個方面的問題。

1)推鋼機的推料桿為2個2.6 m共3.7 t重的機械部件組裝而成,推鋼機實際行程為2.28 m,推鋼機電機運行時間為10.6 s。該交流電機控制部分采用接觸器直接啟動,如此重的行走部件要在如此短的時間內完成啟動、加速、前進、停止、啟動、加速、后退再停止,其運動慣性對設備的沖擊損壞是十分嚴重的。

2)推鋼機行程定位的關鍵檢測元器件為:LS212-P63MDW1型限位開關,該開關由于工作性質及加工精度的原因,其必須要聯結在電機減速箱端。由其工作性質決定這樣的定位系統存在很大的定位誤差,并且在運行一段時間后,由于聯接部位的磨損間隙增大,其檢測到的實際位置信號會發生很大的變化,由此維護人員要根據實際情況經常調整限位開關的定位位置,以滿足生產需要。

3)LS212-P63MDW1型限位開關由于技術落后,在采購備件時遇到許多困難,特別是由于一些備件的加工精度較差,在更換使用后經常發生位置信號移位的故障,有時還會因開關觸點接觸不良發生檢測不到位置信號的嚴重事故。因此采用一種新的控制模式以及新的控制元器件勢在必行。

4)采用現行的控制技術已不能完全滿足生產工藝的需求,隨著生產節奏的加快,由于推鋼機故障事故的頻頻產生,原來那些控制技術落后的設備已不能適應現行的需要。

5)在爐區設備中運行著大量的需要精確定位的電氣設備,比如出料爐門、出料機行走、出料機抬起、挑料機等設備。這些設備的運行現狀和推鋼機一樣存在著諸如此類的問題,采取何種控制模式對這些設備進行控制技術的改造,成為一個新的課題。

針對以上問題,我們決定采取新的控制技術利用新的控制元器件,對推鋼機的自動、精確定位進行適應生產的改造,同時讓該控制技術成為一種成熟的可以大范圍利用的新控制模式。

3 技術方案

3.1 總體技術思路

帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位電氣控制系統主要組成為:西門子S7300 PLC、ET200M,臺達VFD300B46A型變頻控制器、VFDB4030型制動單元,ABB公司GJE-2型每轉600碼旋轉編碼器,歐姆龍公司H7CX型雙路計數器、YZR200L-8,13 kW型交流電機等設備。

GJE-2型旋轉編碼器通過軟聯接方式直接與電機軸聯接,該編碼器每轉輸出600碼,實際檢測推鋼機行程為2.28 m,在該行程中編碼器共輸出55 200碼,則其檢測精度計算為:2 280 mm/55 200=0.04mm/個,即旋轉編碼器每個脈沖實際控制精度可以保證在0.1 mm級。

在保證VFD300B46A型變頻控制器與VFDB4030型制動單元等設備安全運行的情況下,調整變頻器的制動時間為0.3 s,即推鋼機電機可以在0.3 s內完全制動停止。該交流電機為YZR200L-8,13 kW型,其轉速為748 r/min。在0.3s制動時間內編碼器實際輸出脈沖為:0.3×12.6×600=2268個,在實際預置計數器值時減去該值以修正實際行程值。

在推鋼機行程為1.7 m時,計數器的第2路預值輸出信號作為電機的減速信號,控制變頻器輸出頻率為40 Hz,保證電機在比較低的轉速下平穩的可靠減速,直至在規定時間內完全停止運行。

機械式液壓抱閘器作為從動設備不參與推鋼機行程的自動定位,這樣推鋼機無論是在行走、還是后退行程距離完全依靠電氣設備自動控制,從而消除了誤差。

3.2 技術方案實現

3.2.1 控制技術

考慮到該類設備的重要性,為了提高系統的整體可靠性,我們設置了變頻器控制和直接工頻啟動并行的控制方法,正常狀態下用變頻啟動,在變頻器出現故障時,使用工頻啟動,兩者之間可以通過轉換開關和負荷開關的切換來完成,整個過程不超過1 min,極大地縮小了故障影響的時間。其原理圖如圖1所示。

將GJE-2型旋轉編碼器的A路輸出信號,分別接在H7CX型雙路計數器的2個計數輸入端。將計數器的第1個預值設為推鋼機的實際行程,將第2個預值設定為其行程的減速點,計數器的第1路輸出信號輸入值班室內ET200M模塊中,作為PLC程序中推鋼機“前限位I”后“推鋼機后限位I”,在程序中組成推鋼機自動運行控制系統。ET200M的輸出信號“1ZG”作為控制變頻器的運行信號,即變頻器在該信號下以設定的第1工作頻率50 Hz驅動推鋼機電機前進;當推鋼機前進至減速點位置時,計數器第2路預值達到,其輸出1個開關量信號控制繼電器J4,J4的輸出點控制變頻器Mi2,使其驅動電機在40 Hz頻率下減速運行。電機減速運行到行程限位時,計數器的第1路預值輸出即“前限位I”輸入 PLC內,程序運行輸出前進停止信號,變頻器在0.3 s內停止電機運行。變頻器的多功能輸出端Mo1控制繼電器J3,在變頻器內部定義該端子功能為:設定計數值達到指示,每當變頻器停止運行時,繼電器J3得電,其輸出信號作為計數器的復位、清零信號。同理推鋼機在后退時依然會按照設定的行程實現自動定位。

3.2.2 安全技術保障

在實際使用中為VFD300B46A型變頻控制器加裝一塊速度PG采集卡,其作用為:1)將編碼器的B路脈沖信號輸入到該卡,監控編碼器輸出信號是否正常,一旦編碼器信號異常,該卡會立即輸出信號,停止變頻器運行;2)該卡同時可以監控電機速度是否異常,保證電機不發生失速故障,行程不受控;3)作為計數器的清零、復位輸出信號的組成部分。

圖1 變頻器控制原理圖Fig.1 Converter control principle

4 實施效果及結論

此項目的創新點在于研究推鋼機自動定位控制系統,保證了系統的準確定位,控制精度得到了可靠的提升,為快節奏的生產提供了可靠的保障。相比較改造前推鋼機由于定位不準確造成的粘鋼事故,以及影響出鋼機出鋼節奏、調整機械限位等故障時間,可以說改造效果十分顯著。同時維護人員的工作量大為降低,每次機械維護人員在更換出料桿或者是維護出料桿,需要重新微調推鋼機行程時只要在控制柜內改變計數器的第1預值即可。進而使調整限位工作變得十分簡單可靠,同時避免了過去必須在設備開動的情況下工作而易造成的人身傷害事故。

帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位系統的應用與開發項目實施后,在提高區域設備運行可靠性的同時,創造了可觀的經濟效益,帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位系統的應用與開發投入正常的生產使用,各項功能與技術參數指標均達到了改造的預期目的,實現了高效、可靠、先進的自動定位控制系統。帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位系統通過對帶鋼車間加熱爐推鋼機自動定位系統的應用與開發,大幅度提高設備的控制精度,降低設備故障停機時間、達到了生產工藝的要求。