對軋制彈簧扁鋼的冷床控制優化設計

摘 要：小型生產線原設計用于生產圓鋼和螺紋鋼，因市場需求在變，現要求小型材生產線能夠生產彈扁，在彈簧扁鋼生產的過程中對冷床的控制不能滿足軋制彈簧扁鋼工藝的要求，大規格的彈扁較重造成冷床電機超負荷跳電，大規格的彈扁在冷床上重疊使彈扁散熱不均勻，造成彈扁鋼出現側彎，嚴重影響到彈扁的成材率等問題逐一凸顯出來，通過對冷床設備電氣控制系統原理剖析后，針對性地提出了優化設計方案，解決了彈簧扁鋼生產中的一大難題。

關鍵詞：冷床；裙板；彈簧扁鋼；PLC控制

1 概述

八鋼軋鋼廠棒線分廠小型機組，于1997年投產，產品規格為？10 ～40mm的圓鋼和熱軋帶肋鋼筋，現由于產品結構的調整，小型機組單一系列的品種已不能滿足市場需求。由于軋制彈簧扁鋼與傳統軋制圓鋼或帶肋鋼筋在工藝上存在著較大差異，所以，以往的軋制電氣控制已不能滿足軋制彈扁的要求。為此在對程序及硬件上研究分析，通過對精整冷床區域電氣設備的改造和優化設計，從而能滿足小型生產線軋制彈扁的工藝要求。

2 彈扁鋼生產出現的問題及原因分析

2.1 冷床成品率低事故率高

冷床的工作過程是從裙板制動板卸下的軋件，通過冷床步進齒條的步進循環動作由冷床入口處緩慢移至輸出側，軋件在此過程中逐漸冷卻。小型生產線之前的棒材軋制控制程序是裙板到高位后卸下軋件，冷床循環一個周期。這樣整個冷床的每個鋸齒間都會裝載一個軋件，此時由于冷床上的鋸齒尺寸只有50mm，而我們需要軋制的彈扁鋼寬度為100mm，當冷床全部接上軋件后，每個彈扁軋件之間會重疊，我們不難發現這樣會造成每個軋件散熱不均勻，最終將造成軋件彎曲度過大，產生廢品。原程序設定有手動清床功能，就是操作工，用眼睛看軋件從裙板卸下，卸到冷床時，手動操作清床功能，空出冷床步距，每支鋼都要這樣操作一次，難免有紕漏發生，當軋件還沒有卸到冷床時，操作工提前進行操作，很容易將冷床齒條損壞，造成長時間停車，操作工勞動強度加大，精神壓力大，造成操作事故頻出，所以說采用原有的棒材控制方式生產彈扁是不能滿足工藝要求和操作要求的。

2.2 冷床電機超負荷

小型生產線冷床的傳動采用電動機-蝸輪蝸桿減速機傳動方式，通過裝在低速軸上的偏心輪托動動齒條梁做圓周運動移送鋼材。驅動電動為一臺直流電動機，通過長軸的旋轉使偏心輪旋轉，帶動齒條運動，使鋼材一步一步移向卸鋼側。所以說冷床上軋件的重量超出額定值直接會造成冷床電機的超負荷運行。

下面我們將彈扁軋制時候的冷床負荷情況做一簡單的對比計算。小型生產線冷床有100個鋸齒，這意味著冷床接滿后能裝載100根倍尺軋件。當我們軋制最大的40mm的螺紋鋼時，一個1.7噸的鋼坯可以剪切成3根倍尺。所以軋制最大的圓鋼（冷床最大承載重量）時的冷床所重量是：

M1=×100=56.7噸

根據上式的計算圓鋼軋制是冷床的最大承重質量為56.7噸。下面我對軋制彈扁鋼時冷床滿載承載重量做一計算，軋制彈扁鋼時使用的是1噸的鋼坯，一個鋼坯只能軋制一根倍尺，計算如下：

M2=1×100=100噸

通過對M1和M2的對比發現軋制兩種不同鋼時冷床承載重量成倍增長，這樣冷床電機的負荷一會增加一倍，過載會達到額定電流的150%以上，直流電機長時間超載運行存在很大的設備隱患。

3 冷床控制硬件改造及程序設計

3.1 設計思路的提出

冷床的動作直接和裙板動作是同步的，活動裙板上升到高位（卸鋼位置）時，將制動后的一支倍尺鋼翻到冷床床面上，此時冷床運行一個冷床周期，并等待下一個裙板高位信號。如果我們讓冷床鋸齒間隔著接鋼，這樣既可以使兩根彈扁軋件之拉開間距保證了軋件的散熱，同時又會使整個冷床的承載重量減少一半，正好符合冷床電機的額定負荷。

軋制圓鋼時裙板到達高位后冷床只動作一周期，這樣裙板卸下的軋件會逐一的裝滿冷床的鋸齒，根據我們彈扁軋制時的控制思路，我們只要在裙板高位后讓冷床動作兩個周期（可根據彈簧扁鋼規格調整），這樣就可以保證彈扁鋼在冷床上是間隔轉載的，之前提到的工藝、設備等問題將會迎刃而解，下面我們將達到這種控制方式所需的硬件改動和PLC程序編寫做一詳細介紹。

小型生產線工藝控制電氣設備采用LOGIDYN-D系統模塊裝配成的標準控制機箱。冷床設備的LOGIDYN-D控制程序比較系統，如要改動其程序，可以說牽一發而動全身，所以說改動LOGIDYN-D 的程序難度非常大、且可行性較低。我們只能通過冷床的輔助控制PLC控制器入手改動設計了。PLC主要負責冷床自動、手動清床的控制。只需要在裙板高位后通過PLC執行兩周期的清床后即可滿足我們的控制要求。

3.2 硬件的改造

控制冷床的PLC系統和LOGIDNY-D系統是相互獨立的，數據傳輸是通過網絡進行傳輸。所以要使他們同步必須從LOGIDYN-D系統上取裙板高位和冷床到位檢測的信號輸入至PLC。

其中S1，S2分別為用于裙板高位和冷床到位的檢測接近開關，信號直接輸入至LOGIDNY-D輸入板卡，通過在其輸入回路中并聯中間繼電器K1，K2取得用于PLC的信號。在具體實施中我們在LOGIDNY-D系統的端子上找到E00a30、E00g28、E01e14、E00g30這四個對應的段子號，用線引至PLC柜，并加裝中繼。PLC柜中需要把上述中間繼電器K1，K2的常開點輸入到PLC的輸入模塊中，K1，K2分別輸入到100412和100413輸入點。

3.3 PLC程序設計

PLC程序控制思路是在彈扁鋼軋制時CP3操作室可以通過操作臺選擇彈扁軋制模式。當選擇后后續程序等待裙板高位信號檢測，當裙板高位信號到達后啟動冷床，并用計數器通過冷床到位信號累加冷床周期，到達設定值（可根據工藝要求和彈扁鋼規格設定）后停止冷床，并等待裙板高位，進入下一周期，如此循環。

根據程序流程就可以輕易編寫出來PLC的梯形圖程序。在編程序之前我們對PLC系統內部的I/O資源進行查詢，找出一些空閑的中間繼電器等程序要用到的I/O量。

最后我們在PLC系統的編程上位機中進行冷床程序的編寫、上傳。

4 結束語

根據優化設計方案，對小型生產線冷床控制程序及相關硬件電路進行了改造，彈扁生產到目前為止，設備動作準確可靠，工藝效果好，長期困擾彈扁軋制的一些問題未再發生，成功的生產出了合格的彈簧扁鋼。減輕生產操作人員勞動強度，精神壓力得到緩解，彈扁軋制作業率、成材率均得到非常大的提高。為我公司創造了可觀的經濟效益。可見，這一技術改造項目的實施，完全能夠滿足小型生產線對彈扁鋼軋制的工藝的要求。對今后同類設備的設計和再改造具有一定的借鑒作用。

參考文獻

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[2]陳在民，趙相賓.可編程控制器技術與應用系統設計[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3]劉京華，李子文.小型連軋機的工藝與電氣控制.

作者簡介：王聿學，男，漢，38歲，電氣工程師，寶鋼集團八鋼公司檢修中心。