馬鋼酸洗線活套的控制原理與應(yīng)用

吳霄

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司,安徽馬鞍山 243000）

馬鋼酸洗線活套的控制原理與應(yīng)用

吳霄

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司,安徽馬鞍山 243000）

主要介紹馬鋼連續(xù)酸洗生產(chǎn)線活套的基本結(jié)構(gòu)與控制原理。重點(diǎn)對(duì)活套控制進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況給出了處理活套張力波動(dòng)的一種方法，此過(guò)程控制系統(tǒng)已在馬鋼酸洗生產(chǎn)線取得了成功的應(yīng)用。

活套；控制系統(tǒng)；張力波動(dòng)

1 前言

馬鋼連續(xù)酸洗機(jī)組于2012年投產(chǎn)，是一條國(guó)產(chǎn)化的生產(chǎn)線，共分三段：入口段、中央段、出口段。機(jī)組中共設(shè)置7套張力輥和8套CPC裝置、2套EPC裝置、6套張力儀、3套焊縫檢測(cè)裝置，用于向機(jī)組提供運(yùn)行必要的張力和確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行、高效生產(chǎn)。設(shè)有兩個(gè)水平式活套，用于動(dòng)態(tài)地儲(chǔ)存帶鋼，緩沖和調(diào)節(jié)入口段、工藝段及出口段之間的生產(chǎn)節(jié)奏。兩個(gè)活套控制方式基本相似，本文以入口活套為例逐一說(shuō)明。

2 入口活套結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

入口活套位于入口段和中央段之間，起到調(diào)節(jié)張力和機(jī)組速度的作用。入口活套為臥式活套，包括主馬達(dá)、編碼器、潤(rùn)滑泵和擺動(dòng)門檢測(cè)開關(guān)等設(shè)備。入口活套為4層水平式，有效活套量385.6 m。構(gòu)成形式為：水平式活套車,擺動(dòng)式支撐輥?；钐仔谐碳s為110 m,最大存儲(chǔ)量 440 m?；钐仔≤囋谲壍郎线M(jìn)行充放套是由卷?yè)P(yáng)驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)完成的。在卷?yè)P(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一根鋼絲繩向卷?yè)P(yáng)上纏繞，而另一根則從卷?yè)P(yáng)上放出，從而使小車移動(dòng)。活套卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒由變頻器控制的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最大總拉力約66,8150 N。

3 控制系統(tǒng)概述

馬鋼酸洗生產(chǎn)線基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由控制器PLC、HMI系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程I/ O站ET200和編程裝置等設(shè)備構(gòu)成。在本機(jī)組中選擇SIEMENS的SIMATIC S7-400作為控制器。整個(gè)機(jī)組設(shè)PLC三臺(tái)，基于機(jī)組的復(fù)雜性，選擇較高級(jí)的CPU416-2為PLC的中央處理器，用于開環(huán)和閉環(huán)控制以及算術(shù)運(yùn)算。本系統(tǒng)的HMI使用西門子的WINCC系統(tǒng),用工業(yè)以太網(wǎng)將PLC與WINCC服務(wù)器相連。PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通訊使用PROFIBUS DP方式進(jìn)行，每個(gè)PLC設(shè)有多個(gè)PROFIBUS DP接口，用于連接遠(yuǎn)程IO、傳動(dòng)裝置、編碼器、現(xiàn)場(chǎng)儀表、及CPC和EPC裝置等。

4 活套控制

活套控制必須完成如下功能：張力控制、張力斜坡生成、剩余的充/放套時(shí)間計(jì)算、活套小車的位置監(jiān)視和控制、充/放套的速度和加速度的計(jì)算的設(shè)定、卷?yè)P(yáng)機(jī)的加/減速計(jì)算、小車的實(shí)際位置計(jì)算。如圖1所示。

4.1 帶鋼張力控制

無(wú)論入口速度和出口速度和活套小車位置如何變化，活套中的帶鋼都必須保持恒定的張力，因此設(shè)有一個(gè)張力控制器作用于活套卷?yè)P(yáng)馬達(dá)。本系統(tǒng)使用的是直接張力控制方式，這樣可以不考慮帶鋼的厚度、摩擦力、彎曲損失以及小車的重量等對(duì)控制系統(tǒng)的影響。卷?yè)P(yáng)電機(jī)的速度設(shè)定是根據(jù)活套入口的速度值和活套出口的速度值的差作為卷?yè)P(yáng)電機(jī)的速度設(shè)定值。

4.2 活套小車行程復(fù)位位置

活套小車的行程位置由安裝在卷筒上的編碼器(PLG－2.20－01)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)活套小車運(yùn)行到復(fù)位位置，并被接近開關(guān)(PX－2.20－01)檢測(cè)到，編碼器的計(jì)數(shù)器應(yīng)該被復(fù)位重置。

4.3 斷帶或卷?xiàng)钿摻z繩斷裂時(shí)的機(jī)組停車控制

當(dāng)檢測(cè)到活套張力突然下降或鋼絲繩卷筒超速時(shí)，入口段和酸洗段機(jī)組以及活套傳動(dòng)應(yīng)立即快速停車。

4.4 張力控制的慣性補(bǔ)償

慣性補(bǔ)償用于入口段和酸洗段機(jī)組的加、減速期間，減少由活套小車的運(yùn)動(dòng)引起的張力波動(dòng)。

4.5 正常和快速停車控制

活套在充套情況下，當(dāng)接觸到滿套快停限位時(shí)，入口段機(jī)組應(yīng)快速停車。當(dāng)接觸到滿套停車限位時(shí)，入口段機(jī)組應(yīng)正常停車?；钐自诶浊闆r下，當(dāng)接觸到空套停止限位時(shí)，酸洗段機(jī)組應(yīng)正常停車。當(dāng)接觸到空套快停限位時(shí)，酸洗段機(jī)組應(yīng)快速停車。

4.6 活套小車位置控制

在畫面上以百分比的形式設(shè)定活套小車的正常運(yùn)行區(qū)間，一般為（5%～95%），活套的實(shí)際位置是通過(guò)對(duì)絕對(duì)值編碼器測(cè)量值的計(jì)算得到的?；钐孜恢每刂频暮诵氖且粋€(gè)行程預(yù)計(jì)算器，這個(gè)計(jì)算器根據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)的速度，計(jì)算出活套到達(dá)滿套（充套時(shí)，95%位置）或到達(dá)空套時(shí)（放套時(shí)5%位置）所需要的行程值，活套小車位置控制器將這個(gè)值不斷與設(shè)定的位置值進(jìn)行比較，當(dāng)相等時(shí)，就給出一個(gè)空套或滿套信號(hào)，這個(gè)信號(hào)作用于速度控制器，改變?nèi)肟诙位虺隹诙蔚乃俣仍O(shè)定值，來(lái)控制小車位置。

帶鋼在焊接和月牙剪剪切后，活套如果在(HMI)上選擇了“空套位置（shorter side）”的運(yùn)行模式，入口段機(jī)組加速到與酸洗段機(jī)組速度同步?；钐仔≤噾?yīng)保持在空套位置(shorter side)附近運(yùn)行。當(dāng)開卷機(jī)上的鋼卷長(zhǎng)度減少到設(shè)定的充套長(zhǎng)度時(shí)，入口段機(jī)組加速到全速進(jìn)行充套，使活套小車運(yùn)行到滿套位置時(shí)再降到與酸洗段機(jī)組速度同步。這時(shí)(HMI)上的同步設(shè)定自動(dòng)切換到“滿套位置（longer side）”另外在“空套位置（shorter side）”模式下的運(yùn)行期間，如果發(fā)生酸洗段機(jī)組速度被手動(dòng)操作改變，活套應(yīng)立即自動(dòng)切換到“滿套位置（longer side）”模式下運(yùn)行。

4.7 活套擺動(dòng)門檢測(cè)

活套擺動(dòng)門起到支撐活套帶鋼和導(dǎo)向鋼絲繩的作用，擺動(dòng)門的打開和關(guān)閉正常，是活套正常運(yùn)行的基本條件。擺動(dòng)門由活套小車通過(guò)時(shí)打開，門上的托輥用于支撐活套中間的帶鋼。當(dāng)活套門打開后應(yīng)監(jiān)控接近開關(guān)的信號(hào)，以防止托輥與運(yùn)行中的活套小車干涉。當(dāng)擺動(dòng)輥的搖臂中心距活套小車中心在（± 2.5）m以內(nèi)，擺動(dòng)輥的位置信號(hào)無(wú)效，此時(shí)機(jī)構(gòu)正在開閉動(dòng)作的過(guò)程當(dāng)中。如圖2所示。

圖2 擺動(dòng)門示意圖

5 對(duì)活套控制系統(tǒng)的優(yōu)化

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，出口活套有誤報(bào)斷帶的情 況，PDA監(jiān)控如圖3。

圖3 PDA趨勢(shì)圖

由圖3的曲線可以看出，排除帶鋼原料板型；帶鋼在機(jī)組內(nèi)運(yùn)行過(guò)程中跑偏；帶鋼與張緊輥之間可能有打滑；活套小車的軌道可能有卡阻或其他機(jī)械原因引起的問題；張力計(jì)自身問題，誤差過(guò)大等外在因素，在活套沖放套的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，活套張力產(chǎn)生了波動(dòng)，而此時(shí)活套電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩已達(dá)100%，說(shuō)明帶鋼已經(jīng)無(wú)法被拉緊，在PLC系統(tǒng)檢測(cè)的時(shí)間內(nèi)活套實(shí)際張力未達(dá)到設(shè)定值，因此產(chǎn)生斷帶信號(hào)?；钐讻_放套的過(guò)程其實(shí)是一個(gè)生產(chǎn)線加減速的過(guò)程，在此過(guò)程中應(yīng)克服（補(bǔ)償）加減速造成的動(dòng)態(tài)力矩對(duì)張力的影響，避免活套動(dòng)作滯后而引起張力波動(dòng)。以下根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提供一種通過(guò)改變活套電機(jī)設(shè)定的加減速速率來(lái)避免張力振蕩的方法。

西門子S7-400 PLC程序如圖4所示：可以看到該功能塊左邊的輸入管腳i_A_POS中填的是#t_line_QS_AL，這個(gè)是活套加減速率設(shè)定值，其最終來(lái)自于DB1411.DBD120。通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)的跟蹤調(diào)試，DB1411.DBD120適當(dāng)減小到一合適的數(shù)值后，張力波動(dòng)可以得到改善。

圖5是修改參數(shù)后的波形。

圖4 程序功能塊示意圖

圖5 PDA優(yōu)化后的趨勢(shì)圖

6 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況證明，馬鋼連續(xù)酸洗機(jī)組的活套控制系統(tǒng)自動(dòng)可靠、操作便捷、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠滿足生產(chǎn)的需要，達(dá)到了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。

The Control Principle and Application of Loop in the Continuous Pickling Line of MaSteel

Wu Xiao
（Maanshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China）

The basic structure and control principle of loop in the continuous pickling line of MaSteel was introduced.Loop control was discussed in detail and a method to treat loop tension fluctuation was put forward combining with the actual field condition.This process control system was successfully applied in the pickling line of MaSteel.

loop;control system;tension fluctuation

TP27

B

1006-6764（2015）06-0058-04

2015-02-06

吳霄(1981-),男，大學(xué)本科學(xué)歷,助理工程師,現(xiàn)從事PLC及傳動(dòng)技術(shù)工作。