某冷軋廠CPC/EPC 裝置國產化改造實踐

韓文博，李偉宏，王 姝

（1.本鋼板材股份有限公司采購中心，遼寧本溪 117000；2.本鋼浦項冷軋薄板有限責任公司，遼寧本溪 117000）

0 引言

某大型冷軋廠生產線具有先進的生產工藝技術和較高的自動化控制化水平，有酸洗軋制、退火、精整、鍍鋅等生產線。生產時帶鋼在運行過程中，如果帶鋼偏離機組中心線，就很有可能造成機組生產設備及行進帶鋼的損壞，導致停機及各種事故，因此確保帶鋼在機組中心位置行進非常重要。研究帶鋼跑偏的原因，發現帶鋼跑偏主要是由于冷軋機械設備的安裝誤差和生產的冷軋帶鋼本身板形造成的，因此，為減少冷軋帶鋼跑偏現象，理論上可以考慮采取以下3 種方法。

（1）保證機組安裝精度以及輥子表面加工精度。但是，即使機組安裝精度達到標準、輥子圓柱表面加工精度符合要求，投產運行一段時間以后，機組設備仍會產生各種劣化，如輥面有一定損傷、設備基礎下沉等，就會直接造成帶鋼跑偏，因此這種方法無法杜絕帶鋼跑偏問題。

（2）增大行進帶鋼的張力。這樣可以在一定程度上減少帶材跑偏，但是不能全部消除。并且，由于張力增大，使冷軋機組設備重量大幅增加，投資也會相應增大。

（3）降低機組運行速度。機組運行速度是企業生產效率的標志，如果機組運行速度降低，生產效率將大幅下降。

在實際應用中，上面這3 種糾偏方法投資大幅增加，生產效率降低，糾偏效果差。

在機組中安裝若干安全可靠的糾偏系統，實時精準計算出帶鋼運行時的跑偏量，即可實現精準控制帶鋼跑偏?？刂茙т撨\行中心線與生產線中心線對中，可以采用CPC（Center Position Control，對中糾偏系統）（控制帶鋼在卷曲過程中邊部對齊）和EPC（Edge Position Control，對邊糾偏系統），這樣就能避免帶鋼跑偏撞壞設備和損壞帶鋼，防止卷取時帶卷邊部不齊甚至出現塔型，大大減少事故，提高帶鋼質量和成品率，提高生產效率。

1 CPC/EPC 裝置存在的問題

該冷軋廠是20 世紀90 年代中期建成投產的百萬噸大型冷軋廠，有酸洗軋制、退火、平整、鍍鋅、重卷等生產線，自投產以來已經經過幾次大型的升級改造，各生產線的自動化控制水平進一步提高，產品質量不斷提升。但是生產線CPC裝置和卷取機EPC 裝置一直使用的是進口品牌EMG 的早期產品，現在已經嚴重老化且技術落后，存在的問題主要有以下4 個。

（1）CPC/EPC 裝置老化嚴重，故障頻發。

（2）圖紙、資料不全，設備出現故障后無法維修。

（3）裝置是20 世紀90 年代的產品，目前有些備件已經無法在市場上采購到，替代備件有時不匹配，而進口備件采購困難、采購成本高，供貨周期長。

（4）因為是EMG 早期的產品，采用模擬量控制方式，控制精度低、故障率高，維護量大且繁瑣。

目前，該CPC/EPC 裝置已經嚴重影響到冷軋廠的生產運行、產品質量、生產效率及企業效益，因此對其進行國產化改造是當務之急，具有重要意義。

2 CPC/EPC 裝置國產化改造實踐

2018 年5 月決定對該CPC/EPC 裝置進行國產化改造，初選對一冷軋酸軋機組5#CPC 對中裝置和1#鍍鋅機組EPC對邊裝置進行國產化改造。通過對一冷軋各機組生產工藝、設備、CPC/EPC 裝置充分調研、論證，對國內各大CPC/EPC裝置制造企業及其產品使用廠多方考察、對比，并進行深入分析、驗證、評價后，最終確定由信譽、產品質量、性價比、服務等均較好且國內業績較多、綜合評價較好的國內某公司承制供貨。

2.1 模擬信號改造為數字化信號

原CPC/EPC 系統采用的是模擬信號，模擬量系統采用點對點形式的節點信號，模擬電壓，模擬電流傳輸，一個信號就需要一根線，電纜數量較多，接線復雜，故障率高，維護量大而且繁瑣。國產化改造為數字信號，數字系統采用串行通信方式交互信號，只需要一根電纜，優點有：信號穩定不易受干擾，精度高，所有信號都以既定通信協議傳輸，只需修改程序就可以隨時增加或減少通信內容，節省成本，后期維護方便。

2.2 國產化改造CPC/EPC 組成及工作原理

國產化改造CPC/EPC 糾偏系統為連續閉環式電液調節系統，系統自成一體，當帶鋼偏離生產線中心位置時，測量系統檢測出帶鋼在生產線上的位置偏離數據，并將其輸入電控器。電控器的輸出端與液壓伺服系統相連，這時液壓系統驅動糾偏執行液壓缸做出一個相應的移動，使帶鋼準確地行進在預先設定好的生產線的中心（邊部）位置，同時將這一位置反饋給電控器，形成閉環，持續進行位置調整。

2.2.1 CPC 糾偏系統

國產化改造CPC 系統設備主要由IND2-CP 探測頭（探測頭為電感式測量傳感器，測量范圍900～1750 mm，探測頭開口度為500 mm）、DCS 電控器（機箱尺寸為600 mm×600 mm×350 mm）、CLPT 線性位置傳感器（配有萬向轉動支架，最大移動速度為10 m/s）、EHV16/100/6 伺服閥及執行機構所構成（圖1）。

圖1 國產化改造CPC/EPC 裝置系統

國產化改造CPC 系統設備主要由IND2-CP 探測頭（探測頭為電感式測量傳感器，測量范圍900～1750 mm，探測頭開口度為500 mm）、DCS 電控器（機箱尺寸為600 mm×600 mm×350 mm）、CLPT 線性位置傳感器（配有萬向轉動支架，最大移動速度為10 m/s）、EHV16/100/6 伺服閥及執行機構所構成（圖1）。

該系統是連續的閉環調節系統，由IND2-CP 電感式測量傳感器探測頭連續地監測板帶的位置變化。電感式傳感器探測頭原理如圖2 所示：在支撐架上安裝兩個對稱設置的發射線圈，發射電磁波，支撐架下對應安裝兩個接收線圈，接收電磁波，當帶鋼從設置的正中通過時（或沒有帶鋼通過時），兩個接收端接收的磁力線相等，感應電勢相等；當帶鋼偏移正中位置時，兩個接收端接收到的磁力線不相等，感應電勢也不相等，這時探測器測量出位置偏差量，輸出一個偏差信號；系統將這一信號實時輸入到DCS 電控器，電控系統的輸出與EHV電液伺服閥相連，EHV 電液伺服閥接收到信號后，伺服閥驅動液壓油缸帶動糾偏輥進行左右移動或擺動，使板帶橫向移動，從而實時調整跑偏帶鋼回到生產線的中心線上，實現帶鋼自動糾偏對中功能。

圖2 電感式傳感器探測頭原理

2.2.2 EPC 糾偏系統

國產化改造EPC 設計為無機械臂卷取機上的帶鋼自動對邊控制系統，該系統主要由ORAD1-CP 光電式探測頭（鏡頭行程為1000 mm，探測頭移動調節速度為35 mm/s）、LSE1075 高頻光源發射器（頻率為2000 Hz）、DCS 數字控制器（機箱尺寸為600 mm×600 mm×350 mm）、CLPT 線性位置傳感器（配有萬向轉動支架，最大移動速度為10 m/s）、EHV 伺服閥（含過渡板）及執行機構所構成。

該系統是一個連續的閉環調節系統，由ORAD1-CP 光電式探測頭與LSE1075 高頻光源發射器連續地監測行進帶鋼邊緣位置的變化（圖3）：在帶鋼的上方安裝ORAD1-CP 光電式探測頭，下方安裝LSE1075 高頻光源發射器，光電式傳感器探測頭與光源配合，由于光源與帶鋼的光學反差非常明顯，根據光學成像的原理，當帶鋼通過測量區域時按一定比例成像到ORAD1光電式傳感器探測頭上，帶鋼遮蓋的變化量即為帶鋼邊緣的跑偏值，即測量出位置偏差量，系統將帶鋼邊緣位置偏差信號輸入到DCS 數字控制單元，電控系統的輸出與液壓站的電液伺服閥相連，伺服閥驅動與卷取機相連的液壓缸，控制液壓缸的行程，液壓缸使卷取機能夠實時跟蹤行進帶鋼的進帶位置，實現精確的卷取帶鋼。

圖3 光電式傳感器探測頭原理

3 國產化改造效果

該冷軋廠于2018 年7 月開始陸續實施CPC/EPC 裝置國產化改造，國產化改造的CPC/EPC 裝置技術參數達到技術協議要求，安裝尺寸與原進口裝置相同，順利完成安裝，投入使用。國產化改造的CPC/EPC 裝置性能良好：①完全滿足現場生產需要，超過原進口裝置的性能；②目前在線運行全部超過24 個月，運行安全、穩定，故障率低，維修方便；③性價比達進口產品的2 倍以上，備件價格低，供貨周期短；④原進口產品為模擬量信號，國產化產品改造為數字量控制，精度提高，成本降低；⑤所有板卡兼容，實現備件替代，可完全取代進口；⑥產品質量顯著提高，成品率大幅提升。

CPC/EPC 裝置國產化改造后，經過精確對比計算，每套CPC 對中糾偏裝置可降低采購成本11.75 萬元，每套EPC 對邊糾偏裝置可降低采購成本11.5 萬元。截至2020 年底，冷軋共計國產化改造6 套CPC 對中糾偏系統、1 套EPC 對邊糾偏系統，已降低采購成本82 萬元。從2021 年開始計劃將該廠各生產線的未國產化改造的27 套對中糾偏系統、對邊糾偏系統陸續進行國產化改造替換，預計全部替換后還可節省備件采購資金約300 萬元。

國產化改造后，每年可減少因CPC/EPC 裝置故障造成停機至少50 h，減少停機損失，提高生產效率；因維修、維護方便，縮短維修時間，減少維修費用；備件配套，采購方便，減少備件費用。此項國產化改造創效顯著。

4 結束語

該CPC/EPC 裝置國產化改造后，機組運行時帶鋼跑偏的問題得到根本解決，卷取的整齊度完全控制在±1 mm 范圍內，CPC/EPC 裝置精度高、可靠性高、穩定性高，維護方便。同時，還降低了采購成本和停機損失，減少了維修費用，提升了產品質量和成品率，提高了生產效率。