帶鋼跑偏問題的研究

1、山西中北大學機電工程學院 梁國強 李世中 2、唐山遷安市思文科德薄板科技有限公司 楊維維

1 引言

在鋼卷運輸?shù)倪^程中，經(jīng)常會出現(xiàn)帶鋼偏離設(shè)備中心線及鋼卷運輸過程中翻卷的情況，這種跑偏現(xiàn)象直接影響生產(chǎn)的安全運行，造成設(shè)備損壞，降低設(shè)備的使用壽命，因此在對中控制系統(tǒng)中必須予以解決[1-2]。由于工業(yè)環(huán)境中系統(tǒng)的多樣性和復雜性，造成D帶鋼跑偏的因素多種多樣，主要有設(shè)備精度問題、帶鋼板型問題及張力控制問題[3]。原因不同，處理方法也不盡相同。因此，對于帶鋼跑偏及翻卷的問題必須系統(tǒng)地觀察、測量及統(tǒng)計，最終分析出造成帶鋼跑偏及翻卷的因素。

鋼卷的對中順控功能可由操作人員直接啟動，也可由2#步進梁進行啟動。由2#步進梁進行啟動時，在兩個步進梁動作前要選擇自動對中功能，操作人員需每次在步進梁動作之前進行選擇自動對中，此種控制方式的缺點在于，操作人員有時會忘記選擇該功能，未進行對中操作，同時，由于該按鈕位于觸摸屏上，在外界干擾等環(huán)境下有時不是很確定按鈕是否處于選中狀態(tài)，造成未進行對中操作。

2 相關(guān)設(shè)備的觀察及研究

2.1 步進粱處鋼卷對中功能

鋼卷在步進粱11#鞍座完成鋼卷對中功能，對中擺臂兩端各安裝一個超聲波傳感器，落下后用于測量鋼卷兩側(cè)的距離，對中鞍座根據(jù)超聲波傳感器實際測量的兩側(cè)位置偏差對鋼卷位置進行調(diào)整[4]，圖1為鋼卷對中的控制方法。其中，a為南側(cè)超聲波傳感器距鋼卷的距離；b為北側(cè)超聲波傳感器距鋼卷的距離。

圖1 鋼卷對中功能示意圖

根據(jù)長時間的觀察、統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，大部分的原料鋼卷在卷心附近存在溢出邊現(xiàn)象，同時，對中擺臂落下后大部分處于鋼卷溢出邊位置，造成鋼卷測量距離不準確。為解決這一問題，將對中擺臂測量位置進行了調(diào)整，使測量位置遠離鋼卷溢出邊位置，調(diào)整后測量對中后的鋼卷兩側(cè)距離偏差在允許范圍之內(nèi)。

2.2 帶頭處理裝置功能

帶頭處理裝置對帶頭進行準備處理，方便后續(xù)穿帶。帶頭處理過程中，需要對鋼卷進行正反向轉(zhuǎn)動，因此，帶頭處理前后，兩側(cè)的距離可能會發(fā)生變化，與原料鋼卷及地輥的水平度等都有關(guān)系，通過對帶頭處理裝置處帶鋼帶頭處理前后進行的對比觀察，發(fā)現(xiàn)地輥旋轉(zhuǎn)前后鋼卷位置變化不大且無規(guī)律，排除了地輥水平旋轉(zhuǎn)造成的鋼卷跑偏問題。

2.3 鋼卷交接位

13#鞍座為鋼卷梭車運走鋼卷的位置，因其為十字鞍座，步進梁運送鋼卷到該位置時，如果跑偏，極易造成鋼卷梭車運輸過程中翻卷，若跑偏嚴重的情況下，鋼卷運送到該鞍座便會翻卷。通過對13#鞍座的分析、統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)大部分鋼卷在該鞍座處都會偏北30mm，為解決該問題對步進梁的步距進行了調(diào)整，由于步進梁移動造成的誤差是累積的，所以將步進梁的步距減小了15mm。

通過上述更改后發(fā)現(xiàn)鋼卷在進行對中操作后，運輸?shù)?3#鞍座時鋼卷處于中心位置，但是隨之也出現(xiàn)了一個新的問題，有時會出現(xiàn)對中擺臂落下后，不進行對中，擺臂直接抬起的現(xiàn)象，然而對程序查找未發(fā)現(xiàn)異常，之后將相關(guān)信號加入PDA曲線發(fā)現(xiàn)，由于超聲波傳感器的延遲特性，對中擺臂落下，超聲波傳感器檢測到鋼卷后，測量的實際距離不能立刻更新，造成兩側(cè)測量的值相同，無法進行對中動作，導致鋼卷跑偏。

3 解決超聲波傳感器延時特性的PLC程序

3.1 PLC程序設(shè)計

研究超聲波傳感器延時特性問題，有利于解決鋼卷跑偏問題，在編制PLC程序時，采用的是對中擺臂落下1秒后才可啟動對中功能，此時測量的值才是實際測量的真實值，保證了控制的精確度，PLC控制程序中解決超聲波傳感器延時特性的程序流程圖如圖2所示。

圖 2優(yōu)化后的鋼卷對中功能示意圖

按照上述流程圖，可以利用STEP7軟件在西門子400系列CPU416-2DP的PLC上開發(fā)控制程序。圖3為加延時環(huán)節(jié)的對中程序。

圖3 加延時環(huán)節(jié)的對中程序

為了防止人為的不確定因素造成的鋼卷跑偏情況發(fā)生，將鋼卷的對中功能設(shè)置為全自動，不用人為干預。同時，在設(shè)備出現(xiàn)故障，對中操作執(zhí)行到一半被中斷后，也要進行對中操作，防止由于未對中造成的鋼卷跑偏，在程序中加入聯(lián)鎖，未進行對中操作步進梁不允許動作，如圖4所示。

圖4 程序中加入聯(lián)鎖

3.2 采用PLC控制的效果

在采用PLC控制之前，由于現(xiàn)場環(huán)境、原料、設(shè)備儀器等影響，造成人工控制的不及時性和設(shè)備的不可靠性[5]，甚至忘記選擇自動對中功能，未進行對中操作，而在采用PLC控制之后，能夠及時有效地防止鋼卷跑偏問題的發(fā)生。

4 結(jié)論

排除了帶頭處理裝置造成的鋼卷跑偏，預防了人為因素造成的鋼卷跑偏，開發(fā)了全自動對中程序，降低了人工勞動強度，提高了系統(tǒng)的可靠性。找出了步進梁前進距離造成的鋼卷跑偏，并進行了處理；找出了原料鋼卷溢出邊造成的距離檢測錯誤導致的鋼卷跑偏，對測量位置進行調(diào)整，并利用STEP7軟件在西門子 400系列CPU416-2DP的PLC上開發(fā)了由于調(diào)整測量位置后凸顯出的超聲波傳感器延時特性的控制程序。

[1]鄒鳳欣,楊溪林,高增雪等.基于電感式位置檢測原理的帶鋼糾偏控制方法[J].冶金自動化,2006（4）:37-39.

[2]鄒鵬程,陳建華,齊杰斌等.冷軋?zhí)幚砭€帶鋼糾偏控制系統(tǒng)研究 [J].礦冶,2013.22（增刊）：202-204.

[3]傅作寶.冷軋薄鋼板生產(chǎn)[M].北京：機械出版社,2005：25-35.

[4]柴俊英,于革剛,劉明利等.包裝能力90萬t/年的鋼卷包裝機組設(shè)計方案研究[J].冶金設(shè)備,2007特刊:30-33.

[5]蔣炳炎,胡文東,馮旭山等.酸溫滯后問題的PLC控制 [J].中南大學學報,2004.35(2):249-252.