鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)改造實(shí)踐

周東

(萊鋼銀山型鋼板帶廠,山東 萊蕪 271104)

1 引言

萊鋼1500 mm寬帶延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)為后期配套工程,由大連重工2007年設(shè)計(jì)制作,主要設(shè)備由 1#步進(jìn)梁、1#鏈 、2#步進(jìn)梁 、2#鏈、5#步進(jìn)梁和6#步進(jìn)梁組成。其中1#步進(jìn)梁、2#步進(jìn)梁、5#步進(jìn)梁和6#步進(jìn)梁為液壓步進(jìn)式驅(qū)動(dòng),1#鏈、2#鏈為交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。該系統(tǒng)主要功能是將原運(yùn)輸系統(tǒng)的鋼卷通過(guò)新設(shè)計(jì)延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)送鋼卷至成品發(fā)貨區(qū)域。

2 現(xiàn)狀

系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中主要存在如下問(wèn)題:1)步進(jìn)梁升降閥采用電磁換向閥,流量不易控制,造成機(jī)械沖擊過(guò)大,檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定;2)步進(jìn)梁平移位置檢測(cè)采用接近開關(guān),步進(jìn)梁在平移過(guò)程中振動(dòng)造成信號(hào)不穩(wěn)定,鋼卷運(yùn)卷過(guò)程中掉落,延緩了生產(chǎn)節(jié)奏;3)1#鏈、2#鏈停止及定位檢測(cè)采用接近開關(guān),1#鏈、2#鏈采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式,電機(jī)采用V/f控制模式,頻繁出現(xiàn)過(guò)流跳電現(xiàn)象,1#鏈、2#鏈不到位或超行程影響正常運(yùn)卷且存在掉鋼卷較大的安全隱患;4)萊鋼1 500mm寬帶延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)為后期配套工程,與原生產(chǎn)線運(yùn)輸系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行信息的交換和控制,依靠操作臺(tái)人員口頭確認(rèn),增大了操作的難度和危險(xiǎn)性,影響運(yùn)輸節(jié)奏;5)延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)因上述實(shí)際情況,設(shè)計(jì)手動(dòng)/半自動(dòng)/自動(dòng)3種工作模式,目前只能采取手動(dòng)操作,操作人員和維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3 研發(fā)思路與技術(shù)改造要點(diǎn)

1)步進(jìn)梁步距控制改造。將步進(jìn)梁升降電磁換向閥改造為比例閥,實(shí)現(xiàn)由數(shù)字到模擬控制的改進(jìn),實(shí)現(xiàn)平滑加減速;步進(jìn)梁平移檢測(cè)元件接近開關(guān)位置,檢測(cè)改造為激光測(cè)距檢測(cè),實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確位置定位與可靠控制,滿足自動(dòng)控制要求。

2)1#鏈、2#鏈自動(dòng)定位改造。將目前1#鏈、2#鏈電控系統(tǒng)交流V/f控制模式的電機(jī)增設(shè)速度編碼器,實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制,從而 1#鏈、2#鏈平穩(wěn)運(yùn)行;目前1#鏈、2#鏈定位檢測(cè)通過(guò)接近開關(guān)方式,改造為位置編碼器,通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位。

3)基于SIEMENS技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊與信息交換,實(shí)現(xiàn)寬帶原運(yùn)輸系統(tǒng)與延跨運(yùn)輸系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。

4 主要改造技術(shù)措施

4.1 步進(jìn)梁步距控制

步進(jìn)梁為液壓步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)模式,步距控制時(shí)序?yàn)榈却恢?取卷平移-上升-運(yùn)卷平移-下降-返回等待位置。升降為電磁換向閥,平移為比例閥。步進(jìn)梁主要檢測(cè)元件由8個(gè)接近開關(guān)組成:進(jìn)行步進(jìn)梁等待位置;取卷減速;取卷停止;上升位置;運(yùn)卷減速;運(yùn)卷停止;下降位置;回返減速的信號(hào)檢測(cè)。

4.1.1 升降電磁閥改造

原步進(jìn)梁中升降閥由于采用電磁換向閥,流量不易控制,沖擊較大,造成檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定。電液比例控制是介于普通液壓閥的開關(guān)式控制和電液伺服控制之間的控制方式,比例閥可以按輸入的電氣信號(hào)連續(xù),按比例對(duì)油液的壓力、流量和方向進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制,比例閥一般都具有壓力補(bǔ)償性能,所以它的輸出壓力和流量可以不受負(fù)載變化的影響。原控制系統(tǒng)采用普通的電磁換向閥,改造為比例伺服閥后,輸出信號(hào)為4～20 mA電流信號(hào),利用軟件編程中的功能塊,對(duì)比例伺服閥給定增加斜坡控制,通過(guò)改變電流信號(hào)大小來(lái)改變比例閥的閥口開口度,從而平滑地控制輸出流量,運(yùn)行響應(yīng)快,提高了設(shè)備的運(yùn)行精度和穩(wěn)定性,減小了系統(tǒng)壓力波動(dòng)引起的液壓沖擊。

4.1.2 步進(jìn)梁平移位置檢測(cè)

采用一個(gè)激光測(cè)距傳感器代替原有步進(jìn)梁中平移位置檢測(cè)接近開關(guān)的功能。激光測(cè)距傳感器為4～20 mA電流輸入信號(hào),通過(guò)采集電流信號(hào)即可準(zhǔn)確判斷步進(jìn)梁平移取卷、運(yùn)卷位置,從而達(dá)到步進(jìn)梁步距可靠控制及信號(hào)跟蹤。激光測(cè)距技術(shù)利用激光傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量距離,通過(guò)測(cè)量激光往返目標(biāo)所需時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)距離。激光測(cè)距傳感器記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間,從而計(jì)算出液壓缸的實(shí)際行程,并通過(guò)微處理器進(jìn)行適時(shí)控制,達(dá)到精確定位。由于激光測(cè)距傳感器檢測(cè)液壓缸的實(shí)際行程,對(duì)步進(jìn)梁平移時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)或行程偏差不受影響,穩(wěn)定性好,控制精度高。

4.2 運(yùn)輸鏈自動(dòng)定位

4.2.1 電氣控制模式改造

1#,2#鏈各有19個(gè)鋼卷支架,主要將前一個(gè)步進(jìn)梁上的鋼卷一步步運(yùn)送到下一個(gè)步進(jìn)梁。1#,2#鏈采用SIEMENS 6SE70系列變頻器V/f控制模式交流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),位置定位采用接近開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。V/f變頻控制模式在低速運(yùn)行時(shí)電壓調(diào)整困難,調(diào)速范圍小。負(fù)載變化,轉(zhuǎn)差頻率變化,給定不變,定子頻率不變,電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,不能精確控制電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。因1#,2#鏈所帶鋼卷負(fù)載大,且低速運(yùn)行,過(guò)電流故障頻繁發(fā)生。矢量控制變頻調(diào)速模式是將交流電機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī),分別對(duì)速度,磁場(chǎng)2個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈,然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)2個(gè)分量,經(jīng)坐標(biāo)變換,實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。矢量控制模式調(diào)速范圍大,響應(yīng)速度快,適于頻繁加減速運(yùn)行。基于此基礎(chǔ),在電機(jī)非負(fù)荷端增裝測(cè)速編碼器,采集電機(jī)速度至變頻器,電機(jī)控制模式由V/f控制模式改為速度矢量閉環(huán)控制,對(duì)電機(jī)進(jìn)行靜態(tài)識(shí)別、動(dòng)態(tài)識(shí)別,重新優(yōu)化電機(jī),系統(tǒng)響應(yīng)特性快,消除了過(guò)流故障發(fā)生。

4.2.2 定位方式改造

1#,2#鏈各有19個(gè)鋼卷支架,滿載狀態(tài)下負(fù)載重,其停止位置和定位檢測(cè)通過(guò)接近開關(guān)方式進(jìn)行檢測(cè),從而進(jìn)一步控制電機(jī)運(yùn)行,因機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原因運(yùn)行中振動(dòng)大,接近開關(guān)檢測(cè)距離小,頻繁出現(xiàn)1#,2#鏈不到位或超行程影響正常運(yùn)卷和存在掉鋼卷較大的安全隱患。在充分論證分析的基礎(chǔ)上,在1#,2#鏈電機(jī)減速機(jī)端安裝一輸出軸,固定絕對(duì)值編碼器,絕對(duì)值編碼器選擇多圈型每圈8192 r,25 bit,增加檢測(cè)精度,通過(guò)絕對(duì)值編碼器讀數(shù)與1#,2#鏈每運(yùn)送一支鋼卷的距離進(jìn)行對(duì)應(yīng),實(shí)現(xiàn)1#,2#鏈停止位置和定位準(zhǔn)確控制。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量1#,2#鏈每運(yùn)送一支鋼卷的步距實(shí)際距離為4.8 m,對(duì)應(yīng)絕對(duì)值編碼器讀數(shù)為10 930,軟件程序設(shè)計(jì)1#,2#鏈運(yùn)行速度為梯形控制,初始速度以一定斜率加速到設(shè)定速度運(yùn)行,通過(guò)絕對(duì)值編碼器實(shí)際值與步距距離對(duì)應(yīng)編碼器值10 930比較,速度以一定斜率減速到停止位置,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停止和定位。程序設(shè)計(jì)如圖 1所示。

圖1 程序設(shè)計(jì)框圖Fig.1 Block diagram of prog ram design

4.3 網(wǎng)絡(luò)通訊與信息交換

萊鋼1 500 mm寬帶延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)為后期配套工程,設(shè)計(jì)時(shí)未與原生產(chǎn)線運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行信息的傳送交換和控制,鋼卷運(yùn)輸上下工序銜接只能依靠?jī)蓚€(gè)操作臺(tái)人員口頭確認(rèn),增大了操作的難度和危險(xiǎn)性,影響運(yùn)輸節(jié)奏。延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)分為兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)和DP網(wǎng)絡(luò),如圖2所示。

圖2 鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)圖Fig.2 Automation network diagram of coil transportation system

DP網(wǎng)分3段:1#,2#鏈變頻器為第1段;8CS 、10CS、H1液壓站、1#鏈就地操作臺(tái)、1#步進(jìn)梁就地操作臺(tái)為第2段;2#鏈就地操作臺(tái)、2#步進(jìn)梁就地操作臺(tái)、5#步進(jìn)梁就地操作臺(tái)、6#步進(jìn)梁就地操作臺(tái)、H2液壓站、H3液壓站、9CS為第3段。基于SIEMEN控制技術(shù),我們采用SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)將原生產(chǎn)線運(yùn)輸系統(tǒng)PLC 540主站與PLC 610主站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)交換,軟件編程通過(guò)發(fā)送接收功能塊完成控制字和狀態(tài)字的發(fā)送和接收。原生產(chǎn)線運(yùn)輸系統(tǒng)PLC 540與寬帶延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)PLC 610主站實(shí)施網(wǎng)絡(luò)信息交換后,鋼卷運(yùn)送到步進(jìn)梁后面的回轉(zhuǎn)臺(tái)后,回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到位后自動(dòng)發(fā)送控制信號(hào)位觸發(fā)延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)1#步進(jìn)梁自動(dòng)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)鋼卷全區(qū)域自動(dòng)運(yùn)輸。

5 結(jié)論

萊鋼1500mm寬帶鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)于2008年6月改造并完成調(diào)試,投入使用。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行效果,鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)步距控制與自動(dòng)定位準(zhǔn)確可靠,寬帶鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全區(qū)域自動(dòng)控制,各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

1)減緩了對(duì)機(jī)械設(shè)備的慣性沖擊,系統(tǒng)故障率比改造前降低70%,鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)作業(yè)率提高25%。

2)鋼卷運(yùn)輸步距控制和自動(dòng)定位控制可靠準(zhǔn)確,實(shí)現(xiàn)了鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)全自動(dòng)控制,產(chǎn)量提升40 t/h。

3)徹底消除了由于液壓設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定,導(dǎo)致檢測(cè)原件損壞的問(wèn)題,接近開關(guān)備件消耗降低20只/月,液壓電機(jī)1臺(tái),月節(jié)約備件費(fèi)用1.8萬(wàn)/月。

4)運(yùn)輸鏈電機(jī)運(yùn)行電流波動(dòng)范圍＜5%,消除了過(guò)流故障。

[1]王大海,段方民,王峰.步進(jìn)梁式加熱爐鋼坯定位控制系統(tǒng)[J].冶金自動(dòng)化,2004,28(4):34-35.

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