棒材生產(chǎn)線(xiàn)活套控制系統(tǒng)不穩(wěn)定原因分析及改進(jìn)

程紅苓（天津市天鐵軋二制鋼有限公司,天津300400）

棒材生產(chǎn)線(xiàn)活套控制系統(tǒng)不穩(wěn)定原因分析及改進(jìn)

程紅苓
（天津市天鐵軋二制鋼有限公司,天津300400）

[摘要]針對(duì)天鐵軋二制鋼有限公司棒材生產(chǎn)線(xiàn)活套控制系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題，分析了其產(chǎn)生原因，從電器、機(jī)械等方面進(jìn)行了改進(jìn)，提高了活套的穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]活套；控制系統(tǒng);掃描儀

1　引言

活套控制一般應(yīng)用在軋件截面積較小、軋制速度較快、機(jī)架間距小的中、精軋區(qū)，是一個(gè)快速、動(dòng)態(tài)、復(fù)雜的控制過(guò)程?！盎钐住边@兩個(gè)字形象地描繪出了棒材在連軋生產(chǎn)中的表現(xiàn)形式，即相鄰兩架軋機(jī)間形成的一種隨著時(shí)間而流動(dòng)的近似正弦曲線(xiàn)一半的多余軋件，在傳動(dòng)系統(tǒng)快而穩(wěn)定及精確物料跟蹤的基礎(chǔ)上控制好活套，可以使相鄰兩架軋機(jī)間棒材實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制?；钐卓刂破鞯某霈F(xiàn)是軋鋼領(lǐng)域的一個(gè)創(chuàng)新，它可以作為兩架軋機(jī)間速度不匹配時(shí)的緩沖，從而避免一些因堆鋼或拉鋼而造成的跑鐵事故，使軋制穩(wěn)定，成材率提高。

2　存在問(wèn)題

天津市天鐵軋二制鋼有限公司連軋分廠棒材生產(chǎn)線(xiàn)采用平立交替式、直流拖動(dòng)，共18架軋機(jī)。調(diào)速方式為前8架采用微張力調(diào)速，后10架采用活套調(diào)速。主要產(chǎn)品為覬10 mm~覬75 mm螺紋鋼筋，還可根據(jù)用戶(hù)需求進(jìn)行新產(chǎn)品研發(fā)。于2003年建成投產(chǎn)，軋機(jī)工段布置圖如圖1所示，機(jī)械設(shè)備由意大利POMINI公司設(shè)計(jì)，電氣控制以意大利安薩爾多實(shí)時(shí)集成控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，軋機(jī)工段控制中心為AMS（安薩爾多微機(jī)系統(tǒng)）。成品軋機(jī)最高線(xiàn)速度18 m/s，年產(chǎn)60萬(wàn)t。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)活套的穩(wěn)定性對(duì)成品鋼筋的外形尺寸精度、負(fù)公差生產(chǎn)的控制精度及生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性等起著至關(guān)重要的作用。穩(wěn)定的活套讓軋鋼變得容易，提高班產(chǎn)，減小設(shè)備磨損；不穩(wěn)定的活套可造成軋制系統(tǒng)運(yùn)算繁忙，增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，縮短設(shè)備使用壽命，還易造成跑鐵事故，嚴(yán)重時(shí)影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以活套的穩(wěn)定性已成為設(shè)備維護(hù)及軋機(jī)調(diào)整的重要環(huán)節(jié)。

3　原因分析

3.1電器因素

活套掃描儀鏡頭不干凈影響檢測(cè)；插頭及接線(xiàn)不牢固；校驗(yàn)活套時(shí)活套位置及檢測(cè)角度不正確；低溫軋制時(shí)，檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定；活套掃描儀超過(guò)使用壽命后造成活套不穩(wěn)定；PLC模板故障；過(guò)鐵時(shí)上游軋機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等。

3.2機(jī)械因素

氣源的壓力調(diào)整不當(dāng)；壓縮空氣濕度及潔凈度不符合標(biāo)準(zhǔn)；系統(tǒng)有漏氣現(xiàn)象；電磁閥及氣缸動(dòng)作不靈敏；密封元件磨損較大；設(shè)備上有卡阻現(xiàn)象；活套輥磨損嚴(yán)重等。

3.3外界因素

圖1　軋機(jī)工段布置圖

可調(diào)整參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確，如P、I值不恰當(dāng)，起套時(shí)機(jī)及落套時(shí)機(jī)不恰當(dāng)?shù)?；原料鋼坯溫度及材質(zhì)不均勻；軋制速度變化率過(guò)快；活套檢測(cè)點(diǎn)周?chē)沫h(huán)境影響掃描儀的監(jiān)測(cè)，如水蒸氣、軋輥冷卻水及光線(xiàn)等；機(jī)架間張力的影響；工藝的正確性及入口導(dǎo)衛(wèi)的安裝也可影響活套的穩(wěn)定等。

4　活套原理及改進(jìn)方法

4.1活套的表現(xiàn)形式及組成

目前活套主要有兩種表現(xiàn)形式，即垂直活套（向上拱起）和水平活套（向側(cè)面拱起），從占用空間、制造成本、操作控制及安全等方面考慮，垂直活套比水平活套更節(jié)省空間、降低投入、易于操作且安全，所以使用范圍更廣。

活套主要由活套臺(tái)、起套輥、壓輥、氣動(dòng)系統(tǒng)和活套掃描儀等組成，如圖2所示。起套輥由氣缸驅(qū)動(dòng)，可升可降可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，作用是形成并保持活套；壓輥根據(jù)軋制產(chǎn)品的不同，可人工上下調(diào)節(jié)，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，軋制過(guò)程中需緊固，防止活套形成后對(duì)導(dǎo)衛(wèi)造成磨損；活套掃描儀如圖3所示，作用是隨時(shí)檢測(cè)棒材的高度，并將高度值轉(zhuǎn)化為電流值（或電壓值）傳遞給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)計(jì)算后，發(fā)出命令調(diào)節(jié)該活套上游機(jī)架的轉(zhuǎn)速，使活套的高度趨于設(shè)定值，同時(shí)還提供一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

圖2　活套的組成圖

圖3生產(chǎn)中的活套掃描儀

4.2活套原理

4.2.1活套的控制原理

由于不同產(chǎn)品對(duì)工藝要求不同，我們給活套設(shè)定不同的合理值。軋制過(guò)程中通過(guò)活套掃描儀檢測(cè)出實(shí)際套高值，當(dāng)實(shí)際套高值超過(guò)設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)降低上游軋機(jī)的速度；反之升高上游軋機(jī)的速度；等于設(shè)定值時(shí)系統(tǒng)不做任何調(diào)整。

4.2.2活套動(dòng)作原理

起落套原理圖如圖4所示，起套基覬本原則為高壓起套低壓保持，所以減壓閥5調(diào)節(jié)的壓力要比減壓閥3低，僅需維持軋件在無(wú)張力情況下保持一定的套量。當(dāng)按下活套測(cè)試按鈕時(shí)，則9、7、8換向閥同時(shí)得電，起套輥在較高的壓力狀況下升起，此時(shí)氣源分別經(jīng)氣閥8、7、10后，再經(jīng)過(guò)單向節(jié)流閥11進(jìn)入氣缸無(wú)桿腔，同時(shí)有桿腔氣體經(jīng)過(guò)換向閥9排空，起套輥升起，1 s后換向閥8失電，此時(shí)氣源僅通過(guò)氣閥7、10，再經(jīng)單向節(jié)流閥11進(jìn)入無(wú)桿腔，此時(shí)為低壓保持階段。當(dāng)松開(kāi)本控臺(tái)活套測(cè)試按鈕時(shí)，換向閥7、9失電，較高壓力的壓縮空氣經(jīng)過(guò)換向閥9進(jìn)入氣缸有桿腔，無(wú)桿腔氣體經(jīng)換向閥7、8排空，起套輥落下，即手動(dòng)時(shí)起落套的工作原理。

圖4　活套控制原理圖

自動(dòng)情況下也遵循以上原理，只是起落套命令由AMS自動(dòng)給出。自動(dòng)軋制過(guò)程中，為了使軋機(jī)咬鐵后的動(dòng)態(tài)速降減少，在未過(guò)鐵時(shí)控制系統(tǒng)自動(dòng)增加一個(gè)沖擊補(bǔ)償值（可調(diào)），即軋機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值比給定值略高一點(diǎn)，當(dāng)棒材被咬入后，此值自動(dòng)消失，軋機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值服從給定值。軋制過(guò)程中，起套輥適時(shí)自動(dòng)升起自動(dòng)落下，以圖2為例，當(dāng)起套條件滿(mǎn)足后，起套輥按設(shè)定的曲線(xiàn)快速升起，升高到設(shè)定值后活套器進(jìn)入低壓保持階段，幾秒鐘后系統(tǒng)自動(dòng)保存軋制程序表，此階段修改了控制活套機(jī)架的減面率。當(dāng)軋制下一支鋼坯時(shí)，在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)，幾支鋼坯過(guò)去后，基本上完成優(yōu)化。當(dāng)軋件尾部從上上游軋機(jī)（即V10）軋出時(shí)，開(kāi)始進(jìn)入落套階段，經(jīng)延時(shí)（可調(diào)）后，但不可讓軋件尾部軋出上游軋機(jī)（即H11），起套輥按設(shè)定曲線(xiàn)落下，落下時(shí)不直接降到底，先落到一個(gè)設(shè)定數(shù)值（可調(diào)），然后再降到底部。

4.3改進(jìn)的方法

4.3.1電器方面改進(jìn)

生產(chǎn)中活套掃描儀承擔(dān)著重要的任務(wù)，即使價(jià)格較高，仍然一直堅(jiān)持使用DELTA。掃描儀鏡頭必須定期擦拭，以防因鏡頭臟影響檢測(cè)，導(dǎo)致活套不穩(wěn)定。校驗(yàn)活套的工作由固定人員負(fù)責(zé)，可以較好掌握活套測(cè)試棒的亮度及掃描儀的檢測(cè)角度。在防水方面，增加了防水罩，從掃描儀到接線(xiàn)盒的電纜采用防水、防燙、防砸電纜，從而避免了信號(hào)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。由于軋機(jī)區(qū)環(huán)境惡劣，不僅防水，還必須防高溫，選擇了帶水冷裝置的掃描儀，降溫效果很好。低溫軋制時(shí)，若檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕。若活套掃描儀超過(guò)使用壽命應(yīng)及時(shí)更換，防止因性能下降造成活套不穩(wěn)定。PLC控制模板定期除塵，緊固接線(xiàn)，環(huán)境溫度控制在15~25℃。確保整條軋線(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，不超出允許范圍，直流電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)符合要求。

4.3.2機(jī)械方面改進(jìn)

流體組職工根據(jù)軋制產(chǎn)品的不同及時(shí)調(diào)節(jié)壓縮空氣壓力，以保證活套穩(wěn)定。壓縮空氣干燥筒中干燥劑定期更換，且具備自動(dòng)放水及手動(dòng)放水功能?？刂苹钐椎拈y臺(tái)遠(yuǎn)離軋制中心線(xiàn)，以防軋機(jī)冷卻水進(jìn)入氣閥。整個(gè)活套控制系統(tǒng)做到及時(shí)維護(hù)，保證系統(tǒng)無(wú)漏氣現(xiàn)象，電磁閥及氣缸動(dòng)作靈敏，密封元件無(wú)磨損，設(shè)備上無(wú)卡阻現(xiàn)象，活套輥?zhàn)杂赊D(zhuǎn)動(dòng)無(wú)嚴(yán)重磨損。

4.3.3其他方面改進(jìn)

對(duì)于可調(diào)整參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確的問(wèn)題，公司開(kāi)設(shè)了活套培訓(xùn)課程，增強(qiáng)職工理論知識(shí)和操作技能，由于參數(shù)設(shè)置不準(zhǔn)確而影響活套穩(wěn)定的現(xiàn)象減少了許多。對(duì)于原料，安排了固定職工進(jìn)行化驗(yàn)，檢查成分是否符合要求，確保原料無(wú)誤。軋機(jī)區(qū)環(huán)境惡劣，水蒸氣有時(shí)會(huì)干擾掃描儀檢測(cè)，增加了風(fēng)機(jī)，及時(shí)吹走水蒸氣。掃描儀前方較遠(yuǎn)處的焊接或氣割等工作產(chǎn)生的亮光也會(huì)影響檢測(cè)，因此增加了擋光裝置。對(duì)于機(jī)架間張力對(duì)活套的影響，保持張力在每1 N/mm2左右。軋制過(guò)程中，平穩(wěn)升速平穩(wěn)降速，保證工藝正確及入口導(dǎo)衛(wèi)安裝正確。

5　實(shí)際應(yīng)用效果

對(duì)以上幾方面改進(jìn)后，我分廠的活套穩(wěn)定性顯著提高，故障率明顯降低，滿(mǎn)足了生產(chǎn)要求，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了設(shè)備磨損，降低了生產(chǎn)成本并多次打破班產(chǎn)記錄。

6　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)多年的觀察和分析，找出了活套控制系統(tǒng)

與活套不穩(wěn)定的原因，提出了整改意見(jiàn)，改進(jìn)后活套日趨穩(wěn)定，保障了生產(chǎn)順利進(jìn)行。生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性、產(chǎn)品外形尺寸精度及負(fù)公差生產(chǎn)控制精度得到了很好控制，同時(shí)也減少了跑鐵事故，降低了生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

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Cause Analysis on Unstable Condition of Loop Control System of Bar Production Line and Improvement

CHENG Hong-ling
(Tianjin Tiantie Zha'er Steel Co., Ltd., Tianjin 300400, China)

AbstractAiming at the problem of unstable condition of loop control system of bar production line in Tianjin Tiantie Zha'er Steel Co., Ltd., the author analyzes the reasons on the said system. Improvement is made in electrical and mechanical aspects, increasing the stability of the loop, ensuring product quality.

Key wordsloop; control system; scanner

作者簡(jiǎn)介：程紅苓（1981—），女，本科，主要從事棒線(xiàn)材生產(chǎn)線(xiàn)電器維護(hù)、管理與技術(shù)支持工作。

收稿日期：2014- 10- 25修回日期：2014- 11- 20

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.02.014