鋼卷運輸系統改造實踐

周東

(萊鋼銀山型鋼板帶廠,山東 萊蕪 271104)

1 引言

萊鋼1500 mm寬帶延跨鋼卷運輸系統為后期配套工程,由大連重工2007年設計制作,主要設備由 1#步進梁、1#鏈 、2#步進梁 、2#鏈、5#步進梁和6#步進梁組成。其中1#步進梁、2#步進梁、5#步進梁和6#步進梁為液壓步進式驅動,1#鏈、2#鏈為交流電機驅動。該系統主要功能是將原運輸系統的鋼卷通過新設計延跨鋼卷運輸系統運送鋼卷至成品發貨區域。

2 現狀

系統在運行過程中主要存在如下問題:1)步進梁升降閥采用電磁換向閥,流量不易控制,造成機械沖擊過大,檢測信號不穩定;2)步進梁平移位置檢測采用接近開關,步進梁在平移過程中振動造成信號不穩定,鋼卷運卷過程中掉落,延緩了生產節奏;3)1#鏈、2#鏈停止及定位檢測采用接近開關,1#鏈、2#鏈采用交流電機驅動方式,電機采用V/f控制模式,頻繁出現過流跳電現象,1#鏈、2#鏈不到位或超行程影響正常運卷且存在掉鋼卷較大的安全隱患;4)萊鋼1 500mm寬帶延跨鋼卷運輸系統為后期配套工程,與原生產線運輸系統無法進行信息的交換和控制,依靠操作臺人員口頭確認,增大了操作的難度和危險性,影響運輸節奏;5)延跨鋼卷運輸系統因上述實際情況,設計手動/半自動/自動3種工作模式,目前只能采取手動操作,操作人員和維護人員勞動強度大。

3 研發思路與技術改造要點

1)步進梁步距控制改造。將步進梁升降電磁換向閥改造為比例閥,實現由數字到模擬控制的改進,實現平滑加減速;步進梁平移檢測元件接近開關位置,檢測改造為激光測距檢測,實現準確位置定位與可靠控制,滿足自動控制要求。

2)1#鏈、2#鏈自動定位改造。將目前1#鏈、2#鏈電控系統交流V/f控制模式的電機增設速度編碼器,實現速度閉環控制,從而 1#鏈、2#鏈平穩運行;目前1#鏈、2#鏈定位檢測通過接近開關方式,改造為位置編碼器,通過程序設計實現自動定位。

3)基于SIEMENS技術進行網絡通訊與信息交換,實現寬帶原運輸系統與延跨運輸系統的全自動控制。

4 主要改造技術措施

4.1 步進梁步距控制

步進梁為液壓步進式驅動模式,步距控制時序為等待位置-取卷平移-上升-運卷平移-下降-返回等待位置。升降為電磁換向閥,平移為比例閥。步進梁主要檢測元件由8個接近開關組成:進行步進梁等待位置;取卷減速;取卷停止;上升位置;運卷減速;運卷停止;下降位置;回返減速的信號檢測。

4.1.1 升降電磁閥改造

原步進梁中升降閥由于采用電磁換向閥,流量不易控制,沖擊較大,造成檢測信號不穩定。電液比例控制是介于普通液壓閥的開關式控制和電液伺服控制之間的控制方式,比例閥可以按輸入的電氣信號連續,按比例對油液的壓力、流量和方向進行遠距離控制,比例閥一般都具有壓力補償性能,所以它的輸出壓力和流量可以不受負載變化的影響。原控制系統采用普通的電磁換向閥,改造為比例伺服閥后,輸出信號為4～20 mA電流信號,利用軟件編程中的功能塊,對比例伺服閥給定增加斜坡控制,通過改變電流信號大小來改變比例閥的閥口開口度,從而平滑地控制輸出流量,運行響應快,提高了設備的運行精度和穩定性,減小了系統壓力波動引起的液壓沖擊。

4.1.2 步進梁平移位置檢測

采用一個激光測距傳感器代替原有步進梁中平移位置檢測接近開關的功能。激光測距傳感器為4～20 mA電流輸入信號,通過采集電流信號即可準確判斷步進梁平移取卷、運卷位置,從而達到步進梁步距可靠控制及信號跟蹤。激光測距技術利用激光傳輸時間來測量距離,通過測量激光往返目標所需時間來確定目標距離。激光測距傳感器記錄并處理從光脈沖發出到返回被接收所經歷的時間,從而計算出液壓缸的實際行程,并通過微處理器進行適時控制,達到精確定位。由于激光測距傳感器檢測液壓缸的實際行程,對步進梁平移時產生的振動或行程偏差不受影響,穩定性好,控制精度高。

4.2 運輸鏈自動定位

4.2.1 電氣控制模式改造

1#,2#鏈各有19個鋼卷支架,主要將前一個步進梁上的鋼卷一步步運送到下一個步進梁。1#,2#鏈采用SIEMENS 6SE70系列變頻器V/f控制模式交流電機進行驅動,位置定位采用接近開關進行檢測。V/f變頻控制模式在低速運行時電壓調整困難,調速范圍小。負載變化,轉差頻率變化,給定不變,定子頻率不變,電機轉速發生變化,不能精確控制電機實際轉速。因1#,2#鏈所帶鋼卷負載大,且低速運行,過電流故障頻繁發生。矢量控制變頻調速模式是將交流電機等效為直流電動機,分別對速度,磁場2個分量進行獨立控制。通過控制轉子磁鏈,然后分解定子電流而獲得轉矩和磁場2個分量,經坐標變換,實現正交或解耦控制。矢量控制模式調速范圍大,響應速度快,適于頻繁加減速運行。基于此基礎,在電機非負荷端增裝測速編碼器,采集電機速度至變頻器,電機控制模式由V/f控制模式改為速度矢量閉環控制,對電機進行靜態識別、動態識別,重新優化電機,系統響應特性快,消除了過流故障發生。

4.2.2 定位方式改造

1#,2#鏈各有19個鋼卷支架,滿載狀態下負載重,其停止位置和定位檢測通過接近開關方式進行檢測,從而進一步控制電機運行,因機械機構設計原因運行中振動大,接近開關檢測距離小,頻繁出現1#,2#鏈不到位或超行程影響正常運卷和存在掉鋼卷較大的安全隱患。在充分論證分析的基礎上,在1#,2#鏈電機減速機端安裝一輸出軸,固定絕對值編碼器,絕對值編碼器選擇多圈型每圈8192 r,25 bit,增加檢測精度,通過絕對值編碼器讀數與1#,2#鏈每運送一支鋼卷的距離進行對應,實現1#,2#鏈停止位置和定位準確控制。實際現場測量1#,2#鏈每運送一支鋼卷的步距實際距離為4.8 m,對應絕對值編碼器讀數為10 930,軟件程序設計1#,2#鏈運行速度為梯形控制,初始速度以一定斜率加速到設定速度運行,通過絕對值編碼器實際值與步距距離對應編碼器值10 930比較,速度以一定斜率減速到停止位置,實現自動停止和定位。程序設計如圖 1所示。

圖1 程序設計框圖Fig.1 Block diagram of prog ram design

4.3 網絡通訊與信息交換

萊鋼1 500 mm寬帶延跨鋼卷運輸系統為后期配套工程,設計時未與原生產線運輸系統進行信息的傳送交換和控制,鋼卷運輸上下工序銜接只能依靠兩個操作臺人員口頭確認,增大了操作的難度和危險性,影響運輸節奏。延跨鋼卷運輸系統自動化網絡分為兩級網絡為以太網和DP網絡,如圖2所示。

圖2 鋼卷運輸系統自動化網絡圖Fig.2 Automation network diagram of coil transportation system

DP網分3段:1#,2#鏈變頻器為第1段;8CS 、10CS、H1液壓站、1#鏈就地操作臺、1#步進梁就地操作臺為第2段;2#鏈就地操作臺、2#步進梁就地操作臺、5#步進梁就地操作臺、6#步進梁就地操作臺、H2液壓站、H3液壓站、9CS為第3段。基于SIEMEN控制技術,我們采用SIMATIC NET工業以太網將原生產線運輸系統PLC 540主站與PLC 610主站進行網絡通訊和數據交換,軟件編程通過發送接收功能塊完成控制字和狀態字的發送和接收。原生產線運輸系統PLC 540與寬帶延跨鋼卷運輸系統PLC 610主站實施網絡信息交換后,鋼卷運送到步進梁后面的回轉臺后,回轉臺旋轉到位后自動發送控制信號位觸發延跨鋼卷運輸系統1#步進梁自動運行,實現鋼卷全區域自動運輸。

5 結論

萊鋼1500mm寬帶鋼卷運輸系統于2008年6月改造并完成調試,投入使用。經過現場的實際運行效果,鋼卷運輸系統步距控制與自動定位準確可靠,寬帶鋼卷運輸系統實現了全區域自動控制,各項性能指標均符合設計要求。

1)減緩了對機械設備的慣性沖擊,系統故障率比改造前降低70%,鋼卷運輸系統作業率提高25%。

2)鋼卷運輸步距控制和自動定位控制可靠準確,實現了鋼卷運輸系統全自動控制,產量提升40 t/h。

3)徹底消除了由于液壓設備運行不穩定,導致檢測原件損壞的問題,接近開關備件消耗降低20只/月,液壓電機1臺,月節約備件費用1.8萬/月。

4)運輸鏈電機運行電流波動范圍＜5%,消除了過流故障。

[1]王大海,段方民,王峰.步進梁式加熱爐鋼坯定位控制系統[J].冶金自動化,2004,28(4):34-35.

[2]孫平.P LC步進定位控制系統[J].電工技術,2002,22(2):21-22.