柳鋼冷軋1250mm軋機(jī)卡羅塞爾卷取機(jī)轉(zhuǎn)盤過程控制

湯龍波 艾新荇

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣西壯族自治區(qū) 545000）

柳鋼冷軋1250mm軋機(jī)卡羅塞爾卷取機(jī)轉(zhuǎn)盤過程控制

湯龍波 艾新荇

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣西壯族自治區(qū) 545000）

本文介紹柳鋼冷軋1250mm酸連軋系統(tǒng)中卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤的過程控制，其中包括設(shè)備簡介、卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的過程控制，其中包括旋轉(zhuǎn)的角度計(jì)算、轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)、速度控制和轉(zhuǎn)矩限幅等。卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)卷取和自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，極大提高軋機(jī)連軋效率。

卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤；傳動(dòng)；過程控制

1 前言

卡羅塞爾卷取機(jī)，又稱雙卷筒旋轉(zhuǎn)式卷取機(jī)，是目前世界上最為先進(jìn)的冷軋卷取機(jī)，應(yīng)用于全連續(xù)的冷軋生產(chǎn)線。卡羅塞爾卷取機(jī)以高效、連續(xù)的方式卷取帶鋼，該設(shè)備在國外已得到廣泛使用。柳鋼冷軋1250mm冷連軋使用了卡羅塞爾卷取機(jī)。對卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤進(jìn)行研究保持其旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性是為了能更好的提高生產(chǎn)效率和做好日常的維護(hù)工作。柳鋼冷軋1250mm酸軋線卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤采用的是SIEMENS的6SE70變頻傳動(dòng)系統(tǒng)、中國一重的設(shè)備以及意大利ANSALDO自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

2 設(shè)備簡介

2.1 卡羅塞爾卷取機(jī)轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)

卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤主體結(jié)構(gòu)（如圖1）。

圖1 卡羅塞爾卷取機(jī)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤由大轉(zhuǎn)盤、2個(gè)可漲縮轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸、2個(gè)鎖緊缸以及轉(zhuǎn)盤的傳動(dòng)電機(jī)組成。

2.2 卷取機(jī)輔助傳動(dòng)

磁力皮帶安裝在卷取機(jī)的入口處，位于軋制線的下方，通過皮帶助卷器擺動(dòng)升降并移動(dòng)，其上帶有磁力皮帶。當(dāng)卷取機(jī)完成卸卷，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)180°，卷盤固定，穿帶位置卷筒脹徑，穿帶位置外置軸承上升至上極限位置。當(dāng)轉(zhuǎn)盤自動(dòng)旋轉(zhuǎn)順控序列時(shí)，皮帶助卷器帶動(dòng)磁力皮帶上升至極限位置并抱緊卷筒，卷取機(jī)準(zhǔn)備穿帶。當(dāng)飛剪剪切完畢，皮帶助卷器卷取建立張力后，電磁鐵磁力皮帶傳動(dòng)停止。皮帶助卷器抱臂打開并帶動(dòng)磁力皮帶后移，然后隨皮帶助卷器擺下。卷取機(jī)在穿帶位置和卷取位置各配置一臺(tái)外臂支撐，外臂支撐安裝在操作側(cè)。軋機(jī)在軋制時(shí)，外臂支撐處于應(yīng)用狀態(tài)支撐脹開的卷筒。當(dāng)大盤需要旋轉(zhuǎn)時(shí)外臂支撐收回，在大盤旋轉(zhuǎn)到位之后外臂支撐上升軋機(jī)提速。卡羅塞爾卷取機(jī)卷取位置壓輥包括上下壓輥。在卷取甩尾時(shí)，壓輥將帶尾壓緊在鋼卷上，防止鋼卷的外層帶鋼松開。

3 卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)過程控制

3.1 卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤工藝過程

卡羅塞爾卷取機(jī)A，B芯軸在轉(zhuǎn)盤上有兩個(gè)相互對稱的位置分別是穿帶位和卷取位。轉(zhuǎn)盤工藝旋轉(zhuǎn)過程：上一卷帶鋼剪切完成后穿帶位在線芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)通過皮帶助卷器卷取鋼帶→自動(dòng)旋轉(zhuǎn)條件滿足或者手動(dòng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤→在線心軸到達(dá)卷取位以正常速度軋制。

3.2 卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)過程控制

卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)由SIEMENS的6SE70的變頻裝置與ANSALDO控制系統(tǒng)通過DP網(wǎng)絡(luò)連接組合而成的。ANSALDO控制系統(tǒng)與傳動(dòng)裝置之間通過Profibus通訊協(xié)議交換信息。ANSALDO控制系統(tǒng)發(fā)送兩個(gè)控制字以及速度給定、轉(zhuǎn)矩限幅和附加轉(zhuǎn)矩給傳動(dòng)裝置；傳動(dòng)裝置發(fā)送兩個(gè)狀態(tài)字以及報(bào)警字、速度閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)矩給定以及在設(shè)備運(yùn)行時(shí)的實(shí)際速度、實(shí)際轉(zhuǎn)矩和實(shí)際電流。

卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤傳動(dòng)過程控制：CPU發(fā)送速度給定經(jīng)過斜坡信號(hào)發(fā)生器→與編碼器的速度反饋對比→速度調(diào)節(jié)器→轉(zhuǎn)矩限幅→與電機(jī)反饋電流對比→經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器→信號(hào)放大之后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.3 卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤過程控制

卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)有三種方式：手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)。手動(dòng)旋轉(zhuǎn)需要滿足所有的連鎖條件例如：皮帶組卷器在低位，外臂支撐收回等等。半自動(dòng)和自動(dòng)旋轉(zhuǎn)都需要滿足旋轉(zhuǎn)序列順控連鎖、旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)條件和永久條件的，區(qū)別只是在旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)不同。選擇半自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候由操作人員用按鈕觸發(fā)；選擇自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候當(dāng)滿足觸發(fā)信號(hào)時(shí)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。

3.3.1 卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤位置控制

在自動(dòng)和半自動(dòng)的旋轉(zhuǎn)之初要有轉(zhuǎn)盤位置一個(gè)初始化標(biāo)定的過程，即在兩個(gè)心軸分別到達(dá)靠接近開關(guān)檢測的卷取位和穿帶位時(shí)標(biāo)記為0°。在標(biāo)定完成后轉(zhuǎn)盤在需要旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)從0°旋轉(zhuǎn)180°，即穿帶位心軸到達(dá)卷取位。旋轉(zhuǎn)的角度計(jì)算（見式1）：

式中：θ-當(dāng)前角度；n-當(dāng)前電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；t-掃描周期響應(yīng)時(shí)間；i為齒輪箱減速比；θ0-前一時(shí)刻角度；n-直接從電機(jī)增量式編碼器的讀數(shù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換后得到的值。

3.3.2 卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤速度和轉(zhuǎn)矩限幅

卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤有高轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，即在盡量短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生比較大的力矩旋轉(zhuǎn)到位。轉(zhuǎn)盤主要以速度控制為主。在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的過程中轉(zhuǎn)盤速度分兩個(gè)階段給定：第一個(gè)階段為快速正向轉(zhuǎn)動(dòng)，該階段速度給定為當(dāng)有快速正向轉(zhuǎn)動(dòng)命令后的經(jīng)過限幅和斜坡時(shí)間的角速度（見式2）。當(dāng)ω1＜ωR1時(shí)角速度：

式中：ω1為轉(zhuǎn)盤實(shí)際角速度；ωR1為第一階段速度給定；ωmax為最大角速度；tmax最大斜坡時(shí)間；t為當(dāng)有快速正向轉(zhuǎn)動(dòng)命令轉(zhuǎn)盤從零速到達(dá)給定速度之間的時(shí)間，直到ω1=ωR1時(shí)角速度穩(wěn)定。

3.4 轉(zhuǎn)盤自動(dòng)旋轉(zhuǎn)順控邏輯

轉(zhuǎn)盤的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)主要依靠判斷接近開關(guān)到位等條件是否滿足做轉(zhuǎn)盤及其輔助設(shè)備的順序控制，當(dāng)條件滿足時(shí)自動(dòng)進(jìn)行下一步動(dòng)作。轉(zhuǎn)盤順控步驟：條件滿足并且觸發(fā)信號(hào)到來→校驗(yàn)啟動(dòng)條件重新標(biāo)定轉(zhuǎn)盤角度→穿帶位外臂支持收回、打開兩側(cè)轉(zhuǎn)盤鎖緊缸→轉(zhuǎn)盤開始快速正向轉(zhuǎn)動(dòng)→達(dá)到轉(zhuǎn)矩限幅位置、兩側(cè)轉(zhuǎn)盤鎖緊缸關(guān)閉→轉(zhuǎn)盤停止、卷取位外臂支撐應(yīng)用、標(biāo)定轉(zhuǎn)盤編碼器。整個(gè)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)順控完成。

4 結(jié)束語

柳鋼冷軋1250mm軋機(jī)設(shè)計(jì)速度能達(dá)到1200m/min，而卡羅塞爾轉(zhuǎn)盤每次都能在很短的時(shí)間內(nèi)完成的所有工作，保證了高強(qiáng)度的生產(chǎn)節(jié)奏。轉(zhuǎn)盤過程控制的優(yōu)化對軋制穩(wěn)定性、生產(chǎn)連續(xù)性和增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都有著至關(guān)重要的作用。

[1]張景勁.板帶冷軋生產(chǎn).冶金工業(yè)出版社，2008.

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