棒線活套控制原理分析與應用

譚 芳

(廣東松山職業技術學院,廣東韶關 512126)

棒線活套控制原理分析與應用

譚 芳

(廣東松山職業技術學院,廣東韶關 512126)

對活套控制原理和系統控制功能進行了描述。鑒于活套的運行狀況直接影響到產品的質量和生產的效率,就寶鋼特鋼韶關公司特棒廠活套在調試和應用過程頻繁發生的故障,從機電兩方面對其進行分析,采取優化措施,取得了較好效果。

活套;控制原理;系統控制;問題分析;處理措施

1 引言

活套是連軋生產線上重要的輔助設備,在機架之間速度不協調的時候可作為緩沖環節,也是控制軋件在軋制過程中因機架之間動態速度變化而影響的軋件尺寸精度的波動,實現無扭、無張力的一種手段。活套控制系統由機械和電氣兩個領域組成,生產調試和日常維護好活套控制系統是提高棒線生產作業率的關鍵,但由于它跨越機械和電氣兩個領域,在日常維護和故障處理環節存在一定困難。

寶鋼特鋼韶關公司特棒連軋線設計有6個活套,其中精軋機組分布4個活套,減定徑機組分布2個活套。由于軋件通過該區域截面積較小,則采用活套控制來保證軋件的橫向尺寸精度,實現精軋機和減定徑機組的無張力控制軋制。但在實際運行中,往往因各種因素導致活套不能滿足工藝要求,活套故障造成的堆鋼也給生產帶來了一定的影響。如何提高活套的控制精度、優化控制系統的性能,是技術關鍵所在。

2 活套的主要構成

活套基本結構主要由活套臺、起套輥、氣動系統、活套掃描器、活套調節系統等組成。起套輥起著對軋件的導向和支承作用,起套輥由氣缸驅動,起套輥氣缸由雙電磁閥控制,見圖1所示。

圖1 活套基本結構示意圖

3 活套控制原理

每個活套控制系統主要由起套輥、氣動控制系統、活套掃描器、活套的起落邏輯和順序控制、套量控制環節系統組成,單個活套控制系統只能配合與之相連軋機的調速系統來使用。當所有活套控制系統通過級聯調速系統耦合在一起構成閉環控制使用時,活套控制系統就能自動調整各連軋機的速度以保證秒流量相等,提高軋件的質量和軋制效率。

活套自動控制是在對相連機架所形成的弧型曲線軋件進行測量的基礎上來完成的。機架間弧型曲線軋件由起套輥裝置通過邏輯控制系統引導,使軋件在活套臺上形成活套,采用活套掃描器測量活套的套量來間接測量活套的長度。活套的調節范圍及套量的存儲量是有限的,當相鄰機架速度匹配不合理或其它原因而使起套量偏差太大,活套自動控制系統來不及或無法調節,就會引起堆鋼或拉斷軋件的現象。所以套量的形成是通過改變與活套有關的機架速度來實現的,軋件的弧型曲線高度是由活套掃描器測量套量來間接測量,掃描器根據其輸出與套量成線性關系的原理,把測量出的套量實際值與設定值進行比較,然后根據其偏差,通過級聯調速系統引導并自動逆向調節上游所有軋機速度。也就是說,在整個活套控制階段,活套的套量是通過級聯調速系統修正上游軋機的速度來調節的。

軋件的弧型曲線高度等于活套入口處軋件速度與出口處軋件速度之差的積分,當入口速度大于出口速度時,套量就逐漸增加見圖2中a;反之套量就逐漸減少見圖2中c;相等時套量維持不變見圖2中b。活套控制系統組成示意圖見圖2所示。

圖2 活套控制系統組成示意圖

4 活套氣動系統控制原理

起套輥的起、落過程由氣缸來執行,而這個執行過程由活套氣動系統調節器自動控制,活套氣動系統采用三個閉環控制回路v1、v2、v3,見圖3所示。

圖3 活套氣動系統的原理圖

當軋件頭部咬入活套的下游機架時,活套氣動系統接到起套指令后,需要一段延遲時間,以建立所需的氣壓才形成初始套量,如果起套輥過早或過晚動作都容易導致軋件堆鋼,這就要求精確控制起套輥動作的延遲時間。在活套氣動系統接到起套指令時,管路v1、v2上的氣閥6、7、8得電,氣源經過v2路過氣閥7、9、10進入氣缸無桿腔11,氣缸有桿腔的氣體從管路v1上的氣閥6排出,活塞桿伸出,起套輥起套。在起套初期,氣源采用管路高壓供氣,對活套順利起套是有利的。

在活套完成初始套量,起套輥達到套量極限位置1 s后,管路v2上的氣閥7失電,由管v3路的氣閥8單獨供氣支撐起套輥,支撐起套輥的氣源由管路v3的調壓閥5和蓄能器12的恒壓氣體提供。當活套掃描器檢測活套高度超過或低于設定值時,活套調節器根據測量套高的偏差,通過級聯調速系統按比例修正機架的速度以維持活套套量。在調節過程中,氣源壓力不受管路v1氣壓的影響,確保了套量設定值不變,實現機架間秒流量平衡,起套輥也不會因為支撐力不夠而抖動,從而大大降低了因氣壓問題而造成軋件堆鋼的可能性。

當軋件尾端接近活套的前一機架時,活套高度給定信號將逐漸減少套量,隨著控制系統接到落套指令,管路v2和v3上的氣閥7、8同時失電,氣體經過管路v1上的氣閥6進入氣缸有桿腔,無桿腔的氣體由管路v2上安裝的單向節流閥10經過氣閥7和8排放,將起套輥壓下,而單向節流閥10在設置時作了適當調整,讓它提供一定的阻力,防止落套太快。這樣,就完成了一個起、落套過程。

因為活套控制系統采用閉環控制回路,所以蓄能器僅維持同種規格軋件在無張力下儲存一定量的活套量,不同規格的軋件的套量也可以通過調節減壓閥5的壓力,來保持軋件達到無張力狀態。

5 活套的主要故障原因分析及處理措施

特棒廠在調試使用初期,生產實踐中影響活套控制不穩定性因素較多,對其中主要有活套掃描器參數、檢測信號的準確性以及起套輥不動作等原因作了具體分析和改進。

活套掃描器受周圍水汽較多、粉塵大和軋件溫度等環境因素的影響,容易使活套掃描器的透視鏡模糊,影響掃描器檢測的靈敏性,對活套高度掃描器的維護顯得異常重要,因此要定期對活套高度掃描器進行測試調校,提高掃描器的精度和靈敏度,加強日常點檢維護。主要檢測項目有活套實際高度與活套掃描器高度值是否一致,以及校驗其信號的靈敏度,必要時應及時更換。同時也考慮到活套的穩定性與相關機架的速度控制系統動態特性及粗、中軋的堆拉關系,活套區工藝調整的關系,所以對活套掃描器的范圍設定作了調整,允許活套對同一軋件由頭部到尾部活套有±20 mm的套量變化。這樣當活套掃描器檢測實際高度處于原設定數值的±20 mm以外時,活套控制調節系統才起作用,使之穩定在范圍以內。當然在實際的應用過程中,由于設備或軋制規格的原因,有些活套不能投入,但為了使級聯調速控制更好,在程序中做了特殊處理,活套能夠自由選擇和組合,這樣可以達到最佳控制。

起套輥不起套故障原因是氣缸沒有動作,導致這一現象有兩個因素:電氣原因和氣動原因。是電氣原因還是氣動原因很難立即判別,只有通過對電氣和氣動元件逐一檢查,才能確認。

(1)電氣控制系統故障。由于現場振動、接線不牢造成的接線松動或灰塵太多導致接觸不良,起、落套信號沒有及時發出或沒有發送到相應的電磁閥上,使現場的信號時有時無,致使換向閥動作混亂,產生調節振蕩現象;再是設備受潮或進水等原因使電源線接線處短路,從而使電磁閥接到的信號比電磁閥的信號低,造成電磁閥不能全開或全關,影響電磁換向閥不動作。針對上述原因分析,為了便于在線判斷活套故障原因,首先在氣閥閥板上方專門增設了電控信號指示屏,判斷是否是電氣原因,便于縮小故障判別范圍;同時對氣閥的應用安裝選擇指示燈,這樣能比較直觀地反映各控制信號的指示狀況,如果在發生故障時,氣閥的指示燈都亮,表明控制系統已發出指令,電控元件故障的可能性較小,氣動元件故障可能性較大。如果某一線路或氣閥上的指示燈不亮,則表明相應回路上的電控元件存在故障,為查找和排除故障指明了方向。

(2)氣動元件故障。氣動回路中某一氣閥不動作會引起起套氣缸的失效。在起套氣缸不動作或氣閥出現卡阻癥狀時,曾多次對換向閥拆解閥體檢查,發現換向閥在全關閉時閥芯與閥座之間有空隙,造成閥在全關閉時氣源泄漏,被控參數難以穩定;由于原先設計選用國內制造的二位三通閥,主閥采用活塞式錐形端面和截止式軟密封,活塞上又帶O形圈,對推動閥芯移動,需要較大氣源的推力;再次是閥芯受氣源管路中遺留的焊渣、鐵銹、或水汽(渣子)等劃傷、腐蝕的影響產生傷痕,閥座與閥體間的密封被破壞,摩擦力大時造成閥單向動作甚至不動,所以容易產生卡阻現象,屬于閥自身缺陷導致穩定性不高,不能適應響應快、頻率高的活套氣動系統。所以氣閥改型選用了國外進口的二位三通電控換向閥替代國產的換向閥,該閥采用滑閥式結構和平衡式設計,不受氣壓變化的影響;電磁力大;閥芯上無其他油封,摩擦力小,無須潤滑,可靠性和靈敏度均滿足現場要求。

6 結語

活套控制是決定軋件質量的關鍵技術,通過對棒線活套的安裝、調試及生產實踐,在現有設備的基礎上,因地制宜對設備進一步優化和改進,不斷完善活套控制系統的性能,滿足了軋制生產節奏的需要。即使發生了活套故障,也能比較方便地找到原因,大大減少排除故障的時間,保證了棒線生產線產量的進一步提高。

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Analysis and Application of the Control Principle of Bar Line Looper

TAN Fang

(Guangdong Songshan Polytechnic College,Shaoguan 512126,Guangdong,China)

In this paper,the principle of looper control and the functions of system control are described.And taking the bar product line of Shaoguan Steel of Baosteel-specialsteel as an example,given the looping operation conditions directly affect the product quality and production efficiency,from two aspects of mechanical and electrical,to analyze the frequent faults of looper in debugging and application process,and optimization measures,has achieved good effect.

looper,the control principle,system control,analysis of the problem,treatment measures

TG333.2

A

1001-5108(2017)02-0044-03

譚芳,碩士研究生,主要從事電氣自動化專業教學工作。