三輥無縫鋼管連軋管機的安全系統

閆文秀

（太原重工股份有限公司 技術中心，山西 太原 030024）

三輥無縫鋼管連軋管機的安全系統

閆文秀

（太原重工股份有限公司 技術中心，山西 太原 030024）

安全已成為設備不可缺少的一部分，出口產品的安全更是必不可少的，安全繼電器是一種成熟的安全產品。介紹了三輥無縫鋼管熱連軋管機的工藝概況及對安全性的需求，通過使用安全繼電器建立了三輥無縫鋼管連軋管機的安全系統，滿足了生產和維護的安全需要。增加安全繼電器后使設備的安全生產更加有保障，為產品的出口提供了有力的支撐。

安全系統；PSR系列安全繼電器；SINAMICS S120

1 引言

在歐美，早已制定出相關的規范和標準，來保護人、機械設備和加工材料的安全?，F今，任何一臺進入歐洲市場的機器，都必須施加CE標志，以證明這臺機器符合EU機械指令，達到安全方面的要求。從技術的角度來看，現代自動化技術的不斷發展，一方面大大提升了機械的生產能力；另一方面，自動化技術也會引發事故，特別是在一些非正常操作的過程中（如試車、清洗、維修等），事故不僅會對操作人員或維護人員造成嚴重的傷害，而且還會造成設備的損壞，加工材料的浪費，甚至延誤貨期。因此設計本質安全的機器設備，是每個設備供應商的責任，同時也是每個雇主的義務。

2 安全系統介紹

控制系統和安全系統屬于兩個完全不同的概念?？刂葡到y用來保持設備在各種外部條件下能夠在正常的限定范圍內運行，安全系統是為了確保設備在安全和故障情況下，都能正常工作，保證系統的安全，安全系統的優先級別高于一切控制系統。

一個完整的安全系統通常由以下3部分組成，見圖1。

圖1 安全系統組成Fig.1 Components of security system

圖1中，安全輸入設備（安全傳感器）由急停按鈕、安全門、雙手控制按鈕、安全光柵以及需要進行安全監控的輸入信號（如上死點和下死點的安全位置信號）等組成。安全邏輯設備由安全繼電器、可編程安全模塊、安全PLC和安全總線組成。安全輸出設備由接觸器、電磁閥、AC驅動器組成。以上3個部分之間的互聯接線由電纜線或光纜連接。

3 項目介紹

三輥無縫連軋管機是二輥連軋管機的技術革新和升級，2010年太原重工承攬了韓國日進制鋼公司○／180TCM無縫鋼管熱連軋項目，該項目為韓國的第1條熱軋無縫鋼管項目，也是太原重工的第1條自主出口國外的熱連軋無縫鋼管項目。連軋機區主要由以下部件組成：1）毛管橫移，主要由毛管旋轉、毛管內表面抗氧化系統、毛管移送、毛管撥料組成；2）主軋機，主要由軋機傳動、輥縫控制、機架組成；3）脫管機，由脫管機傳動、孔型、機架組成；4）芯棒限動裝置，由傳動裝置、限動齒條、芯棒頭部夾持裝置組成；5）芯棒循環系統，主要由芯棒冷卻、新芯棒上料、舊芯棒下料、芯棒外表面潤滑劑、毛管外表面除磷系統組成；6）流體系統，主要由液壓系統、稀油潤滑系統、甘油潤滑系統組成。

熱連軋無縫鋼管系統的工藝性強、自動化程度高、運動機構多。毛管被移送到軋機前臺，外表面噴過潤滑劑的芯棒插入到毛管，此時的毛管已經過內表面抗氧化和外表面除磷，毛管和芯棒一起進入軋機，毛管被軋制，軋制過程芯棒在毛管中位置要根據毛管軋制位置來確認，毛管軋制結束后，在脫管機作用下芯棒和鋼管分離，芯棒快速回退至原點，軋制后芯棒通過芯棒移送裝置移送后進入芯棒冷卻工序。軋機有5個機架，每個機架由3臺電機組成；脫管機有3個機架，每個機架有1臺電機；限動電機由4臺電機組成。

4 三輥連軋管機的安全系統

根據項目需要，項目組選擇菲尼克斯PSR安全繼電器組搭建連軋機的安全控制系統。安全繼電器的輸出用于連軋機區傳動裝置、軋機輥縫液壓伺服、液壓閥、氣動閥的安全控制。傳動裝置采用西門子SINAMICS系列變頻裝置，傳動裝置的安全控制采用安全繼電器輸出直接接到傳動裝置和傳動控制的輸入方式；其余的執行機構的安全控制通過安全繼電器輸出到各PLC的輸入然后在程序中實現安全控制。

整個連軋區域有PLC邏輯控制單元7套，112臺控制柜，還有主操作臺2個，現場臺9個，位置分布于軋線和軋線的電氣室、操作室。整個區域對安全輸出觸點需要為126個。安全繼電器組為菲尼克斯PSR安全繼電器加安全繼電器擴展模塊組成。安全繼電器組的系統方案采用二級架構，一級架構以安全繼電器為主，其輸出作為二級安全繼電器的輸入，二級安全繼電器安裝于對應的傳動裝置控制柜內，這樣既可滿足安全輸出觸點過多的需求，也可解決安全輸出設備位置過于分散的問題。

一級架構即主安全繼電器，其結構簡圖見圖2，安全輸入信號為分布于操作臺和現場臺的雙回路急停按鈕，采用手動復位方式，安全繼電器故障狀態輸出至PLC，一級架構的安全繼電器輸出NO作為二級架構的輸入。

圖2 一級安全繼電器的結構簡圖Fig.2 First level of safety relay structure chart

二級架構即現場安全繼電器組，其結構簡圖見圖3，輸入為一級架構安全繼電器主模塊的輸出，采用自動復位方式，安全繼電器故障狀態輸出至PLC，安全繼電器輸出直接至安全控制設備。二級安全繼電器的數量和位置根據實際需要設置為軋機第1架安全繼電器、軋機第2架安全繼電器、軋機第3架安全繼電器、軋機第4架安全繼電器、軋機第5架安全繼電器、限動安全繼電器、軋機輔助傳動安全繼電器、循環區輔助傳動安全繼電器、脫管機安全繼電器、毛管橫移安全繼電器。

圖3 二級安全繼電器的結構簡圖Fig.3 Second level of safety relay structure chart

5 傳動裝置的安全控制

連軋機的安全控制系統中，安全的重中之重在傳動裝置的安全控制上，傳動裝置中有高速旋轉機構，快速運行機構。傳動裝置實現安全控制能最大限度保證三輥無縫鋼管連軋管機組的安全需求。

以軋機第1架安全繼電器為例，其受控于一級安全繼電器。西門子SINAMICS系列變頻裝置采用傳動單元和傳動單元控制器分體式結構，安全觸點信號需要直接連接至傳動單元和傳動單元控制器的安全控制信號輸入端子上。由于軋機第1架主傳動采用能量回饋控制方式及整流回饋單元＋逆變單元來控制軋機主電機，軋機第1架安全繼電器的主安全繼電器選用菲尼克斯輸出觸點帶延時功能的安全繼電器PSR-ESD／300，NO延時功能觸點直接連接至整流回饋裝置的傳動單元和整流回饋單元的控制器上，不具有延時功能的觸電直接連接至逆變單元和逆變單元的控制器，用于確保停車時逆變裝置停止逆變，電機的動能通過逆變裝置和整流回饋單元的回饋橋實現能量的回饋，電機停止后延時功能觸點動作整流回饋裝置停止工作。

軋機第1架安全繼電器的電氣線路如圖4所示；傳動裝置控制器的安全連接如圖5所示；傳動裝置的電氣連接如圖6所示。

圖4 軋機第1架安全繼電器Fig.4 Safety relay of 1＃rolling mill stand

圖5 傳動裝置控制器的安全連接Fig.5 Drive controller security connection chart

圖6 傳動裝置的電氣連接Fig.6 Drive security connection chart

6 結論

連軋機控制系統分為通用控制系統和安全控制系統，安全控制系統具有優先控制權限。在本項目的連軋機安全控制系統中，使用了雙回路急停按鈕作為安全輸入，安全繼電器作為安全控制設備，系統的安全性得到了較大提升，使安全生產更加有保障，為太原重工產品走向世界提供了有力的支撐。

［1］ ISO 13849-1.新版機械行業安全標準［S］.

［2］ EN 954-1.舊版機械行業安全標準［S］.

［3］ EN 50205.觸點機械聯動特性標準［S］.

［4］ 菲尼克斯電氣.安全控制設備［Z］.

［5］ 西門子.高性能多機傳動變頻調速器［Z］.

［6］ 西門子.高性能單機傳動變頻調速器［Z］.

修改稿日期：2012-02-16

Three Rollers Seamless Steel Tube Mill Security System

YAN Wen-xiu

（TechnologyCenter，TaiyuanHeavyIndustryCo.，Ltd.，Taiyuan030024，Shanxi，China）

Security is an indispensable part of equipment，especially in export project.Safety relay is a kind of mature safety product.The process and security needs of the three rollers seamless steel tube mill system was introduced，and established the three rollers seamless steel tube mill security system with safety relays，which met the needs of production and maintenance.Safety relays make products work more properly and safely，and support the products exporting effectively.

security system；PSR series safety relays；SINAMICS S120

TP276

A

閆文秀（1975-），男，大學本科，工程師，Email：369012270＠qq.com

2011-11-29