板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)故障分析及改進(jìn)

蔡霖楠

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404）

板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)故障分析及改進(jìn)

蔡霖楠

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404）

介紹了板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。對(duì)結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的電氣接地、制動(dòng)器抱死、脈沖編碼器等故障現(xiàn)象原因進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，改進(jìn)后結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，操作便捷，保證了生產(chǎn)的安全穩(wěn)定性。

板坯連鑄機(jī)；結(jié)晶器；控制系統(tǒng)；故障；分析；改進(jìn)

1 引言

在天鐵熱軋連鑄生產(chǎn)中，結(jié)晶器是連鑄機(jī)的心臟，結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)運(yùn)行的正常與否直接關(guān)系到連鑄機(jī)是否具備生產(chǎn)條件，進(jìn)而影響到板坯連鑄機(jī)的作業(yè)效率，在板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)了包括抱閘整流塊損毀、電氣接地、編碼器損壞、機(jī)器卡死等現(xiàn)象。對(duì)此進(jìn)行了認(rèn)真的分析后得知由于放置電機(jī)的溝槽內(nèi)潮濕，水和蒸汽進(jìn)入電機(jī)，造成內(nèi)部銹蝕。水和雜物進(jìn)入軸承造成機(jī)械卡死等原因，導(dǎo)致調(diào)寬控制系統(tǒng)紊亂，不能滿足生產(chǎn)工藝的要求，嚴(yán)重影響企業(yè)生產(chǎn)效益。通過采取調(diào)整制動(dòng)器整流塊的安裝位置、對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化等措施后，保障了結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)原理

板坯結(jié)晶器的調(diào)寬裝置由調(diào)寬電機(jī)（帶制動(dòng)器的）、脈沖編碼器、變頻器、萬向軸、減速機(jī)等部分構(gòu)成。左右兩側(cè)窄面分別裝配有2個(gè)調(diào)寬電機(jī)，采取上下垂直安裝的方式，每一個(gè)電機(jī)使用變頻器控制調(diào)寬電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以改變結(jié)晶器寬度和錐度。每個(gè)控制調(diào)寬的電機(jī)均由單獨(dú)的變頻器采用位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的方式來實(shí)現(xiàn)控制，是一種高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，高精度運(yùn)動(dòng)控制方式[1]。當(dāng)操作工將生產(chǎn)鋼種結(jié)晶器寬度、錐度設(shè)定值輸入到操作界面上，經(jīng)過總線傳輸給調(diào)寬PLC，PLC經(jīng)過運(yùn)算后，傳輸給變頻器位置信號(hào)和速度信號(hào)，而使系統(tǒng)快速平穩(wěn)的跟隨位置設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)窄面銅板的精確定位。

結(jié)晶器調(diào)寬時(shí)由安裝在各電機(jī)上的脈沖編碼器計(jì)數(shù)跟蹤，然后將跟蹤數(shù)據(jù)反饋到DT板子上，再將脈沖編碼器的數(shù)值反饋到變頻器接口上，通過變頻器內(nèi)部計(jì)算功能來判斷調(diào)寬是否準(zhǔn)確，以此來達(dá)到對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。結(jié)晶器寬度和錐度的改變分別可以通過調(diào)節(jié)上部、下部來實(shí)現(xiàn)。在結(jié)晶器寬度或錐度調(diào)節(jié)過程中，同邊的上部寬度和下部寬度最大之差不能超過50mm（可調(diào)）。結(jié)晶器調(diào)寬前首先要確定工作模式，可以選擇左邊單動(dòng)、右邊單動(dòng)、左右一起聯(lián)動(dòng)；也可選擇上部單動(dòng)、下部單動(dòng)、上下一起聯(lián)動(dòng)。在調(diào)寬或調(diào)錐之前，先確定寬度或錐度設(shè)定值，在聯(lián)動(dòng)模式下結(jié)晶器夾緊裝置松開，調(diào)寬裝置左上、左下、右上、右上電機(jī)以高速同步運(yùn)行，當(dāng)要到達(dá)各設(shè)定值之前10mm時(shí)，（可調(diào)，由相應(yīng)的脈沖編碼器跟蹤），相應(yīng)的調(diào)寬電機(jī)從快速自動(dòng)變成慢速，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定值時(shí)，相應(yīng)的調(diào)寬電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

左邊錐度=tan-1（左上寬度-左下寬度）/結(jié)晶器高度

右邊錐度=tan-1（右上寬度-右下寬度）/結(jié)晶器高度

結(jié)晶器寬度和錐度的設(shè)定值可在懸臂操作箱和主操作室的HMI上確定，但懸臂操作箱具有優(yōu)先權(quán)。結(jié)晶器寬度和錐度的設(shè)定值和實(shí)際值在懸臂操作箱和主操作室的HMI上均有顯示。結(jié)晶器調(diào)寬裝置可手動(dòng)調(diào)寬對(duì)單臺(tái)電機(jī)控制，也可聯(lián)動(dòng)調(diào)寬，對(duì)2臺(tái)電機(jī)控制，還可自動(dòng)調(diào)寬，對(duì)4臺(tái)電機(jī)同時(shí)控制。調(diào)寬裝置的操作只能在懸臂操作箱上進(jìn)行。調(diào)寬時(shí)由調(diào)寬電機(jī)通過萬向軸驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)支相配的螺母，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)套筒伸縮動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)窄面?zhèn)葘挾却笮〉恼{(diào)整。調(diào)寬電機(jī)內(nèi)的脈沖編碼器計(jì)數(shù)通過DT板子將調(diào)整量反饋給變頻器來進(jìn)行控制。

3 結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)故障原因分析

調(diào)寬電機(jī)安裝布置圖。結(jié)晶器調(diào)寬結(jié)構(gòu)安裝在振動(dòng)框架上，調(diào)整時(shí)通過調(diào)寬電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)萬向軸傳遞到結(jié)晶器上的減速機(jī)上，進(jìn)而帶動(dòng)結(jié)晶器窄面?zhèn)劝凑疹A(yù)定的設(shè)定值動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)寬結(jié)構(gòu)的動(dòng)作，見圖1。

圖1 調(diào)寬電機(jī)結(jié)構(gòu)圖

由于電機(jī)布置在澆注平臺(tái)與結(jié)晶器等高的溝槽內(nèi)，上面蓋有混凝土澆注成的蓋板，與結(jié)晶器內(nèi)弧形成一個(gè)封閉的空間。經(jīng)過一段時(shí)間的使用后，開始發(fā)生電機(jī)故障。其中包括抱閘整流塊損毀、電氣接地、編碼器損壞、機(jī)器卡死等情況。維修時(shí)發(fā)現(xiàn)放置電機(jī)的溝槽內(nèi)濕氣很重，保護(hù)渣等污物布滿電機(jī)罩上。水和蒸汽進(jìn)入電機(jī)，造成內(nèi)部銹蝕。水和雜物進(jìn)入軸承造成機(jī)械卡死。

通過對(duì)板坯結(jié)晶器的調(diào)寬系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤發(fā)現(xiàn)：結(jié)晶器的調(diào)寬控制系統(tǒng)在連鑄機(jī)生產(chǎn)過程中的常見故障主要為結(jié)晶器的調(diào)寬控制系統(tǒng)中控制調(diào)寬電機(jī)的變頻器經(jīng)常報(bào)“F011”和“F015”故障，影響調(diào)寬控制系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，見表1。

表1 變頻器故障表

通過檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)生F011故障的原因是變頻器輸出有接地故障，產(chǎn)生F015故障是由于制動(dòng)器，即抱閘抱死或編碼器失轉(zhuǎn)。變頻器輸出是直接對(duì)向電機(jī)進(jìn)線的，然而由于生產(chǎn)現(xiàn)場溫度高、霧氣大，遇冷后凝聚成水，長時(shí)間電機(jī)接線盒內(nèi)就會(huì)有存水，從而導(dǎo)致接地故障F011的發(fā)生。制動(dòng)器抱死是電機(jī)制動(dòng)器的整流塊由于長時(shí)間工作損壞而使制動(dòng)器不能正常工作。脈沖編碼器失轉(zhuǎn)也是由于長時(shí)間工作，電氣連接以及機(jī)械連接出現(xiàn)的故障都會(huì)使脈沖數(shù)不穩(wěn)定，影響調(diào)寬系統(tǒng)正常工作。由于電機(jī)安置的位置在澆注平臺(tái)與結(jié)晶器等高的溝槽內(nèi)，上面還有混凝土澆注成的蓋板，給日常維護(hù)和檢修增加困難。

4 結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)的改進(jìn)

4.1 變頻器接地改進(jìn)

針對(duì)變頻器輸出接地故障的問題，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場溫度高，濕度大的特點(diǎn)，為了防止水和蒸汽順著導(dǎo)線進(jìn)入接線盒，除了將接線處打滴水彎外，在接完線蓋好接線盒的蓋子后，再用玻璃膠對(duì)接線盒進(jìn)行封邊。

4.2 制動(dòng)器抱死改進(jìn)

制動(dòng)器抱死會(huì)影響調(diào)寬控制系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)寬不能進(jìn)行，從而影響開澆生產(chǎn)。為了能夠及時(shí)處理不影響開澆，將電機(jī)制動(dòng)器的整流塊從電機(jī)機(jī)殼的接線盒內(nèi)移至調(diào)寬變頻器柜內(nèi)。這樣不僅使制動(dòng)器抱死的問題能夠快速解決，而且也改善了制動(dòng)器整流塊的工作環(huán)境，延長了使用壽命，節(jié)約了備品備件的成本，增加了效益。

4.3 脈沖編碼器失轉(zhuǎn)改進(jìn)

脈沖編碼器脈沖數(shù)不穩(wěn)定產(chǎn)生的原因不外乎3種：一是由于脈沖編碼器與電機(jī)連接軸松動(dòng)造成的；二是由于脈沖編碼器接線端接線問題；三是脈沖編碼器自身損壞造成的。無論哪種原因產(chǎn)生的問題，都會(huì)造成調(diào)寬變頻器不能正常工作。不過在生產(chǎn)節(jié)奏緊張的情況下，為了不影響生產(chǎn)計(jì)劃，我們可以在變頻器的面板上把參數(shù)從閉環(huán)改成開環(huán)。這樣可以臨時(shí)解決變頻器報(bào)F015故障的問題，保證生產(chǎn)，參數(shù)設(shè)置見表2。

表2 改變前后的參數(shù)對(duì)比

為了操作方便，在變頻器柜門上安裝一個(gè)兩擋位的轉(zhuǎn)換開關(guān)，即閉環(huán)→開環(huán)，開環(huán)→閉環(huán)的往復(fù)轉(zhuǎn)換開關(guān)。參數(shù)在原有參數(shù)的基礎(chǔ)上修改如下：P362=12，P60=5，P100.2=3，P60=1，P578=18（X101:7），r011查看當(dāng)前使用MDS組，即可實(shí)現(xiàn)柜門轉(zhuǎn)換開關(guān)對(duì)開閉環(huán)的控制，大大提高了轉(zhuǎn)換速度，使操作更加便捷，節(jié)省了時(shí)間，保障了生產(chǎn)。

5 改進(jìn)后的效果

結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)改進(jìn)后，提高了控制精度，方便了操作，降低了控制系統(tǒng)故障率，變頻器報(bào)警功能方便維護(hù)人員查找故障，達(dá)到了快速解決問題的效果；避免了連鑄機(jī)準(zhǔn)備拉鋼時(shí)結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)不能正常工作，造成連鑄機(jī)延遲生產(chǎn)事故，保證了生產(chǎn)穩(wěn)定順利進(jìn)行。

6 結(jié)束語

板坯結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)，降低了生產(chǎn)中的故障率，在工作穩(wěn)定性、制動(dòng)器整流塊的使用壽命等方面得到提高。上述改進(jìn)已成功應(yīng)用于天鐵熱軋連鑄板坯機(jī)結(jié)晶器調(diào)寬控制系統(tǒng)中，設(shè)備運(yùn)行良好，完全達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，減少了備件的使用量，提高了設(shè)備的運(yùn)行率，并取得了很好的效果，保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定性，為日后進(jìn)行其他項(xiàng)目的改造總結(jié)了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 馬駿.交流伺服控制系統(tǒng)在濟(jì)鋼連鑄機(jī)中的應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2006.

[2] 唐繼剛.連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制性的設(shè)計(jì)與研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2008.

Fault Analysis and Improvement of Mould Width Adjustment Control System of Slab Caster

CAI Lin-nan

(Hot Rolling Plate Mill,Tianjin Tiantie Metallurgical Group,She County,Hebei Province056404,China)

The basic structure and working principle of mould width adjustment control system of Slab Caster is introduced.The author analyzes the causes for faults in electric earthing,brake locking,impulse encoder and so on occurring at the running of mould width adjustment control system and proposes relevant improvement measures.After modification the mould width adjustment control system,which was operated easily,ran well and ensured safe and stable production.

slab caster;mould;control system;fault;analysis;improvement

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.03.015

2014-02-01

2014-02-20

蔡霖楠（1987—），女，主要從事冶金電氣控制技術(shù)管理工作。