輥式鋼管矯直機電控系統研究與應用

摘要：無縫鋼管在軋制及熱處理等環節中容易產生各種輕微的彎曲變形，因此必須通過鋼管矯直機對彎曲的鋼管進行矯直。矯直是鋼管生產中的重要工序。本文主要介紹了太原鋼鐵（集團）有限公司不銹鋼無縫管廠矯直機的結構和組成。論述了改矯直機在生產中的應用情況。

關鍵詞：冷矯直機；應用；故障

中圖分類號：TG333 文獻標識碼：B

無縫鋼管在軋制及熱處理等環節中容易產生各種輕微的彎曲變形，因此必須通過鋼管矯直機對彎曲的鋼管進行矯直。矯直是鋼管生產中的重要工序。特別是API標準的石油套管和油氣管，精度要求較高的輥道管，機械設備專用管，不但在鋼級和焊縫質量上有嚴格的要求，對鋼管的直線度也有很高的要求，因為直線度的偏差直接關系到油套管和輸送管的管端螺紋和管箍的加工，連接。現有管端車絲的兩種加工形式—管子旋轉和刀具旋轉，大多數車絲加工采用的是管子旋轉，這對于鋼管的直線度就要求更高。

1 工藝描述

成捆鋼管放到前臺上料臺架上，由人工控制氣缸驅動的散料機構對鋼管進行散料；擋料撥料裝置將鋼管單根撥入前臺導槽并延時落下；前臺光電開關檢測到有料進入可開合導槽閉合，前臺喂料夾送輥閉合將鋼管送入主機進行矯直。當鋼管頭部經過主機第一對矯直輥時，前臺喂料夾送輥打開；當鋼管尾部經過主機尾輥光電開關時，后臺出料夾送輥延時閉合把鋼管輸送出后臺。當矯直機后臺光電開關檢測到鋼管離開后臺出料夾送輥時，后臺夾送輥打開，后臺可開合導槽打開，鋼管靠自重通過斜臺架滾入柔性料框，一個矯直循環完成。

2 機械結構

2.1 上料臺架及擋料撥料裝置

上料臺架及擋料撥料裝置的作用是接受成捆來料，并將來料散開，然后通過撥料裝置將鋼管單根撥入矯直機前臺。上料臺架包括受料散料架、過渡存料臺架；擋料撥料裝置包括可調節擋料給料裝置、撥料器等。受料架寬度1～1.8m。

2.2矯直機前臺及導衛裝置

前臺的作用是接受上料臺架輸送來的鋼管并將其準確送入矯直機主機，同時防護裝置對鋼管起限制作用，防止鋼管在矯直過程中甩動傷人。前臺包括開合圓型封閉導槽、底座、喂料夾送輥等。可開合導槽內部空間大小通過手動調節與管材規格相適應。導槽內襯有軟保護材料。主機入口位置采用1對斜輥夾送輥喂料，喂料輥將放入其中的鋼管送入矯直機主機。喂料輥下輥通過交流電機減速機、萬向接軸傳動，速度可調且與主機相適應。上輥為被動輥，由氣缸驅動升降。根據鋼管外徑不同，喂料輥上輥開口度大小可以手動調節。矯直過程中喂料夾送輥打開，送料時閉合。

3 電控系統

矯直機電氣控制系統完成包括矯直機速度控制、矯直輥轉角控制、位置控制、機組自動化控制等。電控設備包括交流柜、PLC、開關柜、繼電柜、操作臺（操作臺臺面為不銹鋼）等。

3.1 傳動控制系統

①上、下矯直輥分別由一臺交流電機驅動，傳動裝置選用西門子全數字交流調速裝置，滿足在空載時兩臺電機的速度同步要求，負載時兩臺電機的負荷均衡。

②傳動裝置配置通訊板，與PLC通訊采用PROFIBUS。兩臺電機空載時速度同步，負載時的力矩平衡，大大降低了矯直輥不均勻磨損。系統為閉環控制，大大提高電機在低速和高速時的控制精度，有利于提高矯直過程的穩定性和矯直精度，增加矯直輥壽命。

③系統通過配置通訊板實現與PLC可編程序控制器通訊，大量數據信息如：控制指令、設定值、裝置工作狀態、實際值、故障時的故障診斷信息等數據均通過網絡與PLC交換。

④豐富的故障診斷功能，在系統中設置多達數十種的故障診斷與報警，任何常見故障都可被準確地判斷出來，如：失測速、電源缺相等，使系統的維護工作量大大減少。

3.2 PLC控制系統

① 矯直機的自動化系統使用一套PLC裝置。PLC控制系統選用西門子公司生產的S7-300系列，采用遠程I/O控制方案，實現機組程序控制。在控制系統中將遠程I/O模塊分散配置于系統各控制柜、操作臺內。

②PLC主要功能：

機組順序及工藝聯鎖控制：負責整個機組的工藝自動化操作，包括各系統的啟、停控制，相互間的連鎖，矯直機前后輔機的控制等。設備檢測，電磁閥的控制：采用遠程I/O模塊控制。事故時PLC作出相應的處理。主令控制及狀態顯示：通過配置在操作臺內的遠程I/O模塊接收處理來自操作臺上的操作控制指令并傳送至PLC，PLC根據操作指令及相應的聯鎖條件對控制系統進行主令控制。

3.3 故障檢測及分類報警

PLC通過網絡實時采集傳動系統等的工作狀態數據，判斷系統各部分是否處于正常工作狀態。當檢測到系統故障時，PLC將根據檢測到的故障及矯直機目前的工作狀態進行相應的保護和報警提示。網絡通訊：通過配置相應的通訊模塊完成與遠程I/O、傳動系統的通訊。

4 自動控制系統

矯直機控制主要分為上料，下料輔助系統控制，矯直機輔助調整控制（即角度、輥縫調整控制）和矯直機本體主傳動控制。對于矯直機本體直流傳動的控制，其控制精度直接關系到矯直機組矯直產品的質量。因此其控制方案至關重要。該項目中采用siemens公司經過大量工程項目驗證的具有高可靠性的DP網絡結構，并充分利用其強大，方便的編程軟件step7編程，有效方便地實現機組主傳動裝置（6RA70）的實時同步調整。由于速度是通過PLC換算，采用數字方式給到傳動裝置中，因此不存在采用模擬量速度控制模式中的零點漂移和易于受環境干擾等問題。

結語

該矯直機調試完成后正式運行，本矯直機自動運行良好。矯直機的完全自動控制可以降低人工勞動強度，實現安全生產的要求。同時，還可以提高矯直機的性能，提供更好的矯直效果，提升企業競爭力。

參考文獻

[1] 于風琴.鋼管矯直機力能參數研究[J]．鋼管，2008，37，（5）：26-29．

[2] 黃建國，呂 昌．無縫鋼管矯直分析[J].包鋼科技，2007，33（2）：20-21．

[3] 李坤.西門子PLC在變頻器通訊中的應用[J].商品儲運與養護，2008（7）：94-95.．