高線飛剪“抖動(dòng)”故障診斷及對策

閔海斌

(陜西鋼鐵集團(tuán)漢中鋼鐵公司軋鋼廠，陜西 漢中 724200)

高線飛剪“抖動(dòng)”故障診斷及對策

閔海斌

(陜西鋼鐵集團(tuán)漢中鋼鐵公司軋鋼廠，陜西 漢中 724200)

針對飛剪頻繁在停止位產(chǎn)生“抖動(dòng)”和“異響”、聯(lián)軸器磨損嚴(yán)重、飛輪螺絲多次斷裂等問題，通過分析研究，找出造成該故障發(fā)生的根本原因，提出改進(jìn)方案。本研究主要從飛剪的機(jī)械系統(tǒng)對電控的影響因素入手，在滿足生產(chǎn)工藝的條件下，采用兩種控制參數(shù)Kp,Tn的方法，解決了生產(chǎn)中的問題。研究結(jié)果表明，通過對傳動(dòng)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在生產(chǎn)過程中沒有出現(xiàn) “抖動(dòng)”、“異響”故障現(xiàn)象，飛剪運(yùn)行平穩(wěn)，同時(shí)解決了聯(lián)軸器磨損嚴(yán)重問題，保證飛剪在生產(chǎn)過程中的高效運(yùn)行。

飛剪；控制系統(tǒng)；故障診斷；傳動(dòng)參數(shù)優(yōu)化；設(shè)定速度

0 前言

在高線軋鋼生產(chǎn)線中，在軋機(jī)后設(shè)有一臺飛剪，其作用是對紅鋼進(jìn)行切頭或切尾，解決因鋼坯軋制幾道次后易出現(xiàn)的頭尾部開裂、爛頭等表面質(zhì)量問題；避免發(fā)生堆鋼事故。實(shí)際生產(chǎn)中，要求飛剪滿足生產(chǎn)工藝速度低速到高速控制，實(shí)現(xiàn)大斷面鋼坯兩種剪切方式，在軋制速度0.7 m/s以下時(shí)帶飛輪，借以大慣量實(shí)現(xiàn)剪切；在軋制速度0.7 m/s以上時(shí)不帶飛輪，實(shí)現(xiàn)剪切，該飛剪系統(tǒng)自使用以來，在軋制速度0.7 m/s以下時(shí)帶飛輪時(shí)，頻繁在停止位產(chǎn)生“抖動(dòng)”和“異響”現(xiàn)象、聯(lián)軸器磨損嚴(yán)重、飛輪螺絲多次斷裂等問題，對生產(chǎn)產(chǎn)生很大的影響。本文以機(jī)電理論為基礎(chǔ)，結(jié)合多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)控制方法，通過驗(yàn)證達(dá)到了預(yù)期效果。

1 剪切工藝及控制系統(tǒng)

1.1 剪切工藝及設(shè)備參數(shù)

1#飛剪用于切掉軋件頭、尾部，利于軋件進(jìn)入中軋機(jī)組間軋制，事故時(shí)用以切廢。飛剪形式為啟停制曲柄剪，電機(jī)為起停工作制，直接驅(qū)動(dòng)帶減速級的齒輪箱。齒輪箱的雙輸出軸為曲軸，分別帶動(dòng)裝配上下剪刀的連桿機(jī)構(gòu)。剪刀刀座作圓周運(yùn)動(dòng)，剪刀作平動(dòng)，剪刀面在剪切瞬間基本與軋件垂直，并與軋件速度基本一致，在軋件運(yùn)動(dòng)中將其剪斷。在電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)之間的聯(lián)軸器處裝有制動(dòng)器，剪切制動(dòng)后鎖住驅(qū)動(dòng)裝置，使剪刀停位預(yù)定的位置。主要參數(shù)：

剪切斷面Φ74～Φ82 mm

軋件速度 0.48～1.25 m/s(不帶飛輪：>0.7m/s；帶飛輪：≤0.7 m/s)

剪切鋼種 普碳鋼、低合金鋼等

軋件溫度 min. 900 ℃

切頭長度 100～200 mm

切頭公差 ±30 mm

切廢長度 ≤1.2 m

SIO（Smart Innovative Operations）即智能化創(chuàng)新運(yùn)營。液空通過引進(jìn)實(shí)施“SIO前瞻”項(xiàng)目逐步實(shí)現(xiàn)所有中國工廠轉(zhuǎn)型。數(shù)字化運(yùn)營中心DPC的成立就是該項(xiàng)目在中國實(shí)施的一個(gè)重要里程碑。DPC將負(fù)責(zé)所有在華企業(yè)新型數(shù)字化及數(shù)據(jù)工具和方法，及其持續(xù)的管理和改進(jìn)，全面提升項(xiàng)目所覆蓋工廠的生產(chǎn)運(yùn)行自動(dòng)化水平，以滿足新型運(yùn)行模式的需求。而且可通過DPC集中化遠(yuǎn)程控制工廠日常運(yùn)行，更好地提升運(yùn)營效率，并及時(shí)獲得本地及國際專家團(tuán)隊(duì)支持。

電機(jī) DC315 kW

1.2 飛剪控制系統(tǒng)

飛剪控制系統(tǒng)主要由三部分組成：PLC控制系統(tǒng)、6RA70傳動(dòng)控制系統(tǒng)、FM458位置控制系統(tǒng)，其中SIEMENS的全數(shù)字6RA70 SIMOREG DC MASTER系列整流器對速度環(huán)和電流環(huán)進(jìn)行控制，用FM458功能模塊進(jìn)行位置閉環(huán)控制，PLC系統(tǒng)對現(xiàn)場信號邏輯判斷和設(shè)定參數(shù)的數(shù)據(jù)運(yùn)算控制，電氣控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 電氣控制系統(tǒng)Fig.1 Electrical control system

1.2.1 傳動(dòng)控制系統(tǒng)

飛剪的傳動(dòng)系統(tǒng)采用SIEMENS的全數(shù)字6RA70箱，6RA70直流調(diào)速系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能良好等能滿足飛剪的快速響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)飛剪控制要求，同時(shí)，6RA70箱與主軋線400PLC和FM458進(jìn)行數(shù)據(jù)和通訊交換處理。

1.2.2 位置系統(tǒng)

FM458功能模塊主要完成飛剪的運(yùn)算、剪切和姿態(tài)控制，通過6RA70控制箱由直流電機(jī)執(zhí)行完成，飛剪定位判斷是利用剪切位接近開關(guān)和增量編碼器信號，將此信號傳輸?shù)紼XM438-1 I/O擴(kuò)展板，通過FM458功能模塊來完成。將剪刃爬行對刀在剪切位時(shí)，使接近開關(guān)檢測到信號，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對編碼器進(jìn)行清零，消除計(jì)數(shù)誤差和完成飛剪定位。

1.2.3 PLC控制系統(tǒng)

2 故障產(chǎn)生的原因

1#飛剪投產(chǎn)運(yùn)行一年后， 生產(chǎn)線在飛剪低速帶飛輪軋制過程中，在停止位頻繁發(fā)生“抖動(dòng)”現(xiàn)象，偶爾還會(huì)發(fā)出撞擊聲時(shí)，使飛剪剪臂的上下晃動(dòng)幅度過大，會(huì)造成下次切頭時(shí)堆鋼。但飛剪在高速不帶飛輪軋制過程中運(yùn)行平穩(wěn)。對電控系統(tǒng)進(jìn)行檢查和測試，系統(tǒng)正常；傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)在調(diào)試時(shí)均使用一套電控傳動(dòng)參數(shù)，滿足高低速寬范圍，參數(shù)均正常。打開減速機(jī)的觀察窗口，對齒間隙的磨損情況進(jìn)行檢查，基本無磨損；用人工對飛剪進(jìn)行盤車，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活無卡阻現(xiàn)象。通過對飛剪磨損嚴(yán)重的聯(lián)軸器進(jìn)行更換處理后，飛剪“抖動(dòng)”問題得到了解決，

在飛剪正常運(yùn)行一個(gè)月后，又在使用中還會(huì)出現(xiàn)“抖動(dòng)”、“異響”問題，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為聯(lián)軸器聯(lián)軸器已出現(xiàn)磨損，存在間隙導(dǎo)致飛剪停時(shí)發(fā)生撞擊聲和“抖動(dòng)”現(xiàn)象。自投運(yùn)以來，1#飛剪已更換3個(gè)聯(lián)軸器，正常使用壽命都不足3個(gè)月，更換聯(lián)軸器后運(yùn)行時(shí)間一月左右，飛剪在低速運(yùn)行中依然存在“抖動(dòng)”、“異響”問題，通過對傳動(dòng)控制系統(tǒng)速度環(huán)的KP、Tn兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行小的修改，將原Kp=15,Tn=0.22,改為KP=8，Tn=0.165,解決了此故障。但隨后運(yùn)行時(shí)間不長，又發(fā)生此類問題，這時(shí)通過修改參數(shù)已不能從根本上解決問題。故障時(shí)波形圖如圖2所示。

圖2 改造前傳動(dòng)控制電流、速度波形Fig.2 Speed waveform and current before the transformation

綜上所述，通過多次反復(fù)的處理，未能從根本上解決飛剪“抖動(dòng)”、“異響”問題，產(chǎn)生的原因是本系統(tǒng)的電控系統(tǒng)適應(yīng)性差，諸如機(jī)械的磨損量，機(jī)械靈活性等外界因素都會(huì)造成此類現(xiàn)象的發(fā)生，簡單的處理是無法徹底解決 “抖動(dòng)”、“異響”問題的。因此，對電控傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部的功能參數(shù)進(jìn)行重新優(yōu)化調(diào)整，適應(yīng)機(jī)械系統(tǒng)的要求，消除“抖動(dòng)”故障，滿足生產(chǎn)需要。

3 改造方案及效果

1#飛剪在低速帶飛輪狀態(tài)時(shí)(0.7 m/s以下)，剪切完成后，飛剪在接近停位狀態(tài)時(shí)，持續(xù)出現(xiàn)“抖動(dòng)”、“異響”；飛剪在高速不帶飛輪狀態(tài)時(shí)(>0.7 m/s)，無此現(xiàn)象。

在6RA70直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，原采用一套速度控制調(diào)節(jié)器的參數(shù)(Kp,Tn,)控制并匹配飛剪帶飛輪和不帶飛輪的兩種工作方式，其參數(shù)為Kp(P225=18)，Tn(P226=0.18 s)來滿足飛剪工作要求，隨著外界機(jī)械系統(tǒng)因素的影響(如機(jī)械磨損等)，飛剪“抖動(dòng)”、“異響”逐步突顯。針對以上問題，為消除故障，現(xiàn)采用兩套速度控制調(diào)節(jié)器的參數(shù)(Kp,Tn,)來控制并匹配飛剪帶飛輪和不帶飛輪的兩種工作方式，其參數(shù)為帶飛輪時(shí)：Kp(P225=18)，Tn( P226=2 s)；不帶飛輪時(shí)：Kp(P225=7)，Tn(P226=0.65 s)，解決飛剪“抖動(dòng)”、“異響”問題，確保飛剪正常工作。同時(shí)運(yùn)用可調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)適配器與速度調(diào)節(jié)器組合使用。

飛剪從啟動(dòng)到剪切過程中其特性較硬，響應(yīng)較快 ，能滿足啟動(dòng)加速快，確保在剪切點(diǎn)力最大的要求。飛剪從剪切完后到停止位過程中其特性較軟，響應(yīng)較快，能滿足擺動(dòng)幅度小、震蕩次數(shù)少、快速停、定位準(zhǔn)。

本飛剪系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的框如圖3、4所示。

圖3 速度調(diào)節(jié)適配器Fig.3 Speed adjustment adapter

圖4 積分調(diào)節(jié)適配器Fig.4 Integral adjustment adapter

速度調(diào)節(jié)適配器的作用：為了跟一個(gè)可調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器恰當(dāng)?shù)嘏浜?，?yīng)能用任意的連接器來調(diào)整，圖3中給出有效的P增益，有效的積分時(shí)間同所設(shè)定的連接器的值有關(guān)。參數(shù)對P225/P550，P226/P551中所有值完全可以獨(dú)立設(shè)置。諸如P550不能大于P225，閥值1總小于閥值2，否則則激活故障信號F058。

經(jīng)優(yōu)化傳動(dòng)裝置參數(shù)后，并對飛剪停位的二次校正，飛剪在低速時(shí)“抖動(dòng)”和“異響”問題得以解決，飛剪停位準(zhǔn)確，切頭長度穩(wěn)定，飛剪運(yùn)行正常。其波形圖5所示。

圖5 改進(jìn)后傳動(dòng)控制電流、速度波形Fig.5 Improved drive current control and speed waveform

在后續(xù)的實(shí)際使用過稱中，又出現(xiàn)了飛剪在低速時(shí)發(fā)生“抖動(dòng)”、“異響”問題，實(shí)踐證明采取以上措施并不能從根本上解決此類故障，結(jié)合飛剪目前運(yùn)行情況，經(jīng)過對飛剪原設(shè)計(jì)系統(tǒng)的深入了解，該飛剪系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用兩套飛輪，只有一套小飛輪在高低速時(shí)進(jìn)行切換，另一套大飛輪無論高低速時(shí)均正常使用。鑒于投產(chǎn)前期使用過稱中，小飛輪發(fā)生螺絲頻繁斷裂，經(jīng)加固處理后，解決了螺絲斷裂問題后，卻出現(xiàn)了飛剪聯(lián)軸嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致飛剪又出現(xiàn)“抖動(dòng)”、“異響”問題，由此可以推斷，產(chǎn)生的根源在于低速時(shí)帶上小飛輪所致。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，通過初步計(jì)算，認(rèn)為飛剪在低速時(shí)不帶飛輪，不會(huì)造成飛剪機(jī)電設(shè)備的損害，且完全能滿足工藝要求，為此，在已有傳動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，暫不改變已有傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)，在WinCC監(jiān)控畫面上增加了“設(shè)定剪切線速度”值、“不帶飛輪傳動(dòng)裝置參數(shù)”選定與否，具體設(shè)計(jì)改進(jìn)遵循原則：

(1)當(dāng)六架軋制速度小于或等于0.7 m/s時(shí)，1#飛剪速度不跟蹤六架軋機(jī)速度，其1#飛剪速度給定由畫面“設(shè)定剪切線速度”值給定, 因考慮到微調(diào)的速度變化值，且一般畫面“設(shè)定剪切線速度”值比六架出口線速度高10%為宜。將畫面的“不帶飛輪傳動(dòng)裝置參數(shù)”設(shè)定有效，同時(shí)將現(xiàn)場飛輪不投入；

(2)當(dāng)六架軋制速度大于0.7 m/s時(shí)，1#飛剪速度跟蹤六架軋機(jī)速度，其1#飛剪速度給定由六架軋機(jī)實(shí)際速度給定,此時(shí)將畫面“設(shè)定剪切線速度”值設(shè)定為“0”。

將畫面的“不帶飛輪傳動(dòng)裝置參數(shù)”設(shè)定有效，同時(shí)將現(xiàn)場飛輪不投入；

通過改進(jìn)措施的實(shí)施，飛剪運(yùn)行穩(wěn)定，解決了飛剪在停止位產(chǎn)生的 “抖動(dòng)”、“異響”問題， 消除了故障，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

4 結(jié)束語

通過對1#飛剪在低速帶飛輪狀態(tài)下，存在的“抖動(dòng)”、“異響”故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，實(shí)施了改進(jìn)措施，對傳動(dòng)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并與畫面增設(shè)的功能相結(jié)合，自改進(jìn)后，在使用過程中沒有出現(xiàn) “抖動(dòng)”、“異響”故障現(xiàn)象，飛剪運(yùn)行平穩(wěn)，同時(shí)解決了聯(lián)軸器磨損嚴(yán)重問題。

[1] 陳伯時(shí). 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2] 閔海斌. 漢鋼高線飛剪控制系統(tǒng)的研究及應(yīng)用[J]. 自動(dòng)化應(yīng)用. 2014(3).

[3] SIMOREG DC MASTER．6RA70系列手冊,2007.

[4] WinCC組態(tài)手冊[Z]．西門子(中國)有限公司，2002.

[5] 任云萍.棒材連軋和切頭飛剪的控制系統(tǒng)[J].天津冶金,1998(4).

[6] 張利紅，劉偉，梁英波,等.FM458-1DP在熱軋中厚板AGC系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010(10).

[7] 胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京.科學(xué)出版社，2013.

[8] 莫正康.半導(dǎo)體變流技.[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

Fault diagnosis of flying shearf Jitter

MIN Hai-bin

(HanZhoung Steel Corp Rolling Plant,Shanxi Iron And Steel Group, Hanzhoung 724200，China)

Aiming at the problem of flying shear existing jitter and abnormal sound ,coupler wearing heavily, the flywheel screw fracturing, fault reason and improve project were found. The influence factors of mechanical system to electronic control was analyzed，cooperation with the production process conditions，a variety of methods was used，The key problems affecting production was solved. The results indicate that, through adjusting and optimizing parameters of drive control, the fault phenomenon of jitter and abnormal sound dispeared in production process, coupler wearing is solved, flying shear operate smoothly and efficiently.

flying shear；control system；fault diagnosis；transmission parameters optimization；set-speed

2015-10-08；

2015-11-14

閔海斌 (1973-)，電氣工程師，工商管理碩士(MBA),研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化及傳動(dòng)控制系統(tǒng)。

TG333

A

1001-196X(2016)02-0091-04