棒線活套控制原理分析與應(yīng)用

譚 芳

(廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東韶關(guān) 512126)

棒線活套控制原理分析與應(yīng)用

譚 芳

(廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東韶關(guān) 512126)

對(duì)活套控制原理和系統(tǒng)控制功能進(jìn)行了描述。鑒于活套的運(yùn)行狀況直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率,就寶鋼特鋼韶關(guān)公司特棒廠活套在調(diào)試和應(yīng)用過(guò)程頻繁發(fā)生的故障,從機(jī)電兩方面對(duì)其進(jìn)行分析,采取優(yōu)化措施,取得了較好效果。

活套;控制原理;系統(tǒng)控制;問(wèn)題分析;處理措施

1 引言

活套是連軋生產(chǎn)線上重要的輔助設(shè)備,在機(jī)架之間速度不協(xié)調(diào)的時(shí)候可作為緩沖環(huán)節(jié),也是控制軋件在軋制過(guò)程中因機(jī)架之間動(dòng)態(tài)速度變化而影響的軋件尺寸精度的波動(dòng),實(shí)現(xiàn)無(wú)扭、無(wú)張力的一種手段?；钐卓刂葡到y(tǒng)由機(jī)械和電氣兩個(gè)領(lǐng)域組成,生產(chǎn)調(diào)試和日常維護(hù)好活套控制系統(tǒng)是提高棒線生產(chǎn)作業(yè)率的關(guān)鍵,但由于它跨越機(jī)械和電氣兩個(gè)領(lǐng)域,在日常維護(hù)和故障處理環(huán)節(jié)存在一定困難。

寶鋼特鋼韶關(guān)公司特棒連軋線設(shè)計(jì)有6個(gè)活套,其中精軋機(jī)組分布4個(gè)活套,減定徑機(jī)組分布2個(gè)活套。由于軋件通過(guò)該區(qū)域截面積較小,則采用活套控制來(lái)保證軋件的橫向尺寸精度,實(shí)現(xiàn)精軋機(jī)和減定徑機(jī)組的無(wú)張力控制軋制。但在實(shí)際運(yùn)行中,往往因各種因素導(dǎo)致活套不能滿足工藝要求,活套故障造成的堆鋼也給生產(chǎn)帶來(lái)了一定的影響。如何提高活套的控制精度、優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能,是技術(shù)關(guān)鍵所在。

2 活套的主要構(gòu)成

活套基本結(jié)構(gòu)主要由活套臺(tái)、起套輥、氣動(dòng)系統(tǒng)、活套掃描器、活套調(diào)節(jié)系統(tǒng)等組成。起套輥起著對(duì)軋件的導(dǎo)向和支承作用,起套輥由氣缸驅(qū)動(dòng),起套輥氣缸由雙電磁閥控制,見(jiàn)圖1所示。

圖1 活套基本結(jié)構(gòu)示意圖

3 活套控制原理

每個(gè)活套控制系統(tǒng)主要由起套輥、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、活套掃描器、活套的起落邏輯和順序控制、套量控制環(huán)節(jié)系統(tǒng)組成,單個(gè)活套控制系統(tǒng)只能配合與之相連軋機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來(lái)使用。當(dāng)所有活套控制系統(tǒng)通過(guò)級(jí)聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)耦合在一起構(gòu)成閉環(huán)控制使用時(shí),活套控制系統(tǒng)就能自動(dòng)調(diào)整各連軋機(jī)的速度以保證秒流量相等,提高軋件的質(zhì)量和軋制效率。

活套自動(dòng)控制是在對(duì)相連機(jī)架所形成的弧型曲線軋件進(jìn)行測(cè)量的基礎(chǔ)上來(lái)完成的。機(jī)架間弧型曲線軋件由起套輥裝置通過(guò)邏輯控制系統(tǒng)引導(dǎo),使軋件在活套臺(tái)上形成活套,采用活套掃描器測(cè)量活套的套量來(lái)間接測(cè)量活套的長(zhǎng)度?；钐椎恼{(diào)節(jié)范圍及套量的存儲(chǔ)量是有限的,當(dāng)相鄰機(jī)架速度匹配不合理或其它原因而使起套量偏差太大,活套自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)不及或無(wú)法調(diào)節(jié),就會(huì)引起堆鋼或拉斷軋件的現(xiàn)象。所以套量的形成是通過(guò)改變與活套有關(guān)的機(jī)架速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的,軋件的弧型曲線高度是由活套掃描器測(cè)量套量來(lái)間接測(cè)量,掃描器根據(jù)其輸出與套量成線性關(guān)系的原理,把測(cè)量出的套量實(shí)際值與設(shè)定值進(jìn)行比較,然后根據(jù)其偏差,通過(guò)級(jí)聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)引導(dǎo)并自動(dòng)逆向調(diào)節(jié)上游所有軋機(jī)速度。也就是說(shuō),在整個(gè)活套控制階段,活套的套量是通過(guò)級(jí)聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)修正上游軋機(jī)的速度來(lái)調(diào)節(jié)的。

軋件的弧型曲線高度等于活套入口處軋件速度與出口處軋件速度之差的積分,當(dāng)入口速度大于出口速度時(shí),套量就逐漸增加見(jiàn)圖2中a;反之套量就逐漸減少見(jiàn)圖2中c;相等時(shí)套量維持不變見(jiàn)圖2中b。活套控制系統(tǒng)組成示意圖見(jiàn)圖2所示。

圖2 活套控制系統(tǒng)組成示意圖

4 活套氣動(dòng)系統(tǒng)控制原理

起套輥的起、落過(guò)程由氣缸來(lái)執(zhí)行,而這個(gè)執(zhí)行過(guò)程由活套氣動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制,活套氣動(dòng)系統(tǒng)采用三個(gè)閉環(huán)控制回路v1、v2、v3,見(jiàn)圖3所示。

圖3 活套氣動(dòng)系統(tǒng)的原理圖

當(dāng)軋件頭部咬入活套的下游機(jī)架時(shí),活套氣動(dòng)系統(tǒng)接到起套指令后,需要一段延遲時(shí)間,以建立所需的氣壓才形成初始套量,如果起套輥過(guò)早或過(guò)晚動(dòng)作都容易導(dǎo)致軋件堆鋼,這就要求精確控制起套輥動(dòng)作的延遲時(shí)間。在活套氣動(dòng)系統(tǒng)接到起套指令時(shí),管路v1、v2上的氣閥6、7、8得電,氣源經(jīng)過(guò)v2路過(guò)氣閥7、9、10進(jìn)入氣缸無(wú)桿腔11,氣缸有桿腔的氣體從管路v1上的氣閥6排出,活塞桿伸出,起套輥起套。在起套初期,氣源采用管路高壓供氣,對(duì)活套順利起套是有利的。

在活套完成初始套量,起套輥達(dá)到套量極限位置1 s后,管路v2上的氣閥7失電,由管v3路的氣閥8單獨(dú)供氣支撐起套輥,支撐起套輥的氣源由管路v3的調(diào)壓閥5和蓄能器12的恒壓氣體提供。當(dāng)活套掃描器檢測(cè)活套高度超過(guò)或低于設(shè)定值時(shí),活套調(diào)節(jié)器根據(jù)測(cè)量套高的偏差,通過(guò)級(jí)聯(lián)調(diào)速系統(tǒng)按比例修正機(jī)架的速度以維持活套套量。在調(diào)節(jié)過(guò)程中,氣源壓力不受管路v1氣壓的影響,確保了套量設(shè)定值不變,實(shí)現(xiàn)機(jī)架間秒流量平衡,起套輥也不會(huì)因?yàn)橹瘟Σ粔蚨秳?dòng),從而大大降低了因氣壓?jiǎn)栴}而造成軋件堆鋼的可能性。

當(dāng)軋件尾端接近活套的前一機(jī)架時(shí),活套高度給定信號(hào)將逐漸減少套量,隨著控制系統(tǒng)接到落套指令,管路v2和v3上的氣閥7、8同時(shí)失電,氣體經(jīng)過(guò)管路v1上的氣閥6進(jìn)入氣缸有桿腔,無(wú)桿腔的氣體由管路v2上安裝的單向節(jié)流閥10經(jīng)過(guò)氣閥7和8排放,將起套輥壓下,而單向節(jié)流閥10在設(shè)置時(shí)作了適當(dāng)調(diào)整,讓它提供一定的阻力,防止落套太快。這樣,就完成了一個(gè)起、落套過(guò)程。

因?yàn)榛钐卓刂葡到y(tǒng)采用閉環(huán)控制回路,所以蓄能器僅維持同種規(guī)格軋件在無(wú)張力下儲(chǔ)存一定量的活套量,不同規(guī)格的軋件的套量也可以通過(guò)調(diào)節(jié)減壓閥5的壓力,來(lái)保持軋件達(dá)到無(wú)張力狀態(tài)。

5 活套的主要故障原因分析及處理措施

特棒廠在調(diào)試使用初期,生產(chǎn)實(shí)踐中影響活套控制不穩(wěn)定性因素較多,對(duì)其中主要有活套掃描器參數(shù)、檢測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確性以及起套輥不動(dòng)作等原因作了具體分析和改進(jìn)。

活套掃描器受周圍水汽較多、粉塵大和軋件溫度等環(huán)境因素的影響,容易使活套掃描器的透視鏡模糊,影響掃描器檢測(cè)的靈敏性,對(duì)活套高度掃描器的維護(hù)顯得異常重要,因此要定期對(duì)活套高度掃描器進(jìn)行測(cè)試調(diào)校,提高掃描器的精度和靈敏度,加強(qiáng)日常點(diǎn)檢維護(hù)。主要檢測(cè)項(xiàng)目有活套實(shí)際高度與活套掃描器高度值是否一致,以及校驗(yàn)其信號(hào)的靈敏度,必要時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。同時(shí)也考慮到活套的穩(wěn)定性與相關(guān)機(jī)架的速度控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及粗、中軋的堆拉關(guān)系,活套區(qū)工藝調(diào)整的關(guān)系,所以對(duì)活套掃描器的范圍設(shè)定作了調(diào)整,允許活套對(duì)同一軋件由頭部到尾部活套有±20 mm的套量變化。這樣當(dāng)活套掃描器檢測(cè)實(shí)際高度處于原設(shè)定數(shù)值的±20 mm以外時(shí),活套控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)才起作用,使之穩(wěn)定在范圍以內(nèi)。當(dāng)然在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中,由于設(shè)備或軋制規(guī)格的原因,有些活套不能投入,但為了使級(jí)聯(lián)調(diào)速控制更好,在程序中做了特殊處理,活套能夠自由選擇和組合,這樣可以達(dá)到最佳控制。

起套輥不起套故障原因是氣缸沒(méi)有動(dòng)作,導(dǎo)致這一現(xiàn)象有兩個(gè)因素:電氣原因和氣動(dòng)原因。是電氣原因還是氣動(dòng)原因很難立即判別,只有通過(guò)對(duì)電氣和氣動(dòng)元件逐一檢查,才能確認(rèn)。

(1)電氣控制系統(tǒng)故障。由于現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)、接線不牢造成的接線松動(dòng)或灰塵太多導(dǎo)致接觸不良,起、落套信號(hào)沒(méi)有及時(shí)發(fā)出或沒(méi)有發(fā)送到相應(yīng)的電磁閥上,使現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú),致使換向閥動(dòng)作混亂,產(chǎn)生調(diào)節(jié)振蕩現(xiàn)象;再是設(shè)備受潮或進(jìn)水等原因使電源線接線處短路,從而使電磁閥接到的信號(hào)比電磁閥的信號(hào)低,造成電磁閥不能全開(kāi)或全關(guān),影響電磁換向閥不動(dòng)作。針對(duì)上述原因分析,為了便于在線判斷活套故障原因,首先在氣閥閥板上方專門增設(shè)了電控信號(hào)指示屏,判斷是否是電氣原因,便于縮小故障判別范圍;同時(shí)對(duì)氣閥的應(yīng)用安裝選擇指示燈,這樣能比較直觀地反映各控制信號(hào)的指示狀況,如果在發(fā)生故障時(shí),氣閥的指示燈都亮,表明控制系統(tǒng)已發(fā)出指令,電控元件故障的可能性較小,氣動(dòng)元件故障可能性較大。如果某一線路或氣閥上的指示燈不亮,則表明相應(yīng)回路上的電控元件存在故障,為查找和排除故障指明了方向。

(2)氣動(dòng)元件故障。氣動(dòng)回路中某一氣閥不動(dòng)作會(huì)引起起套氣缸的失效。在起套氣缸不動(dòng)作或氣閥出現(xiàn)卡阻癥狀時(shí),曾多次對(duì)換向閥拆解閥體檢查,發(fā)現(xiàn)換向閥在全關(guān)閉時(shí)閥芯與閥座之間有空隙,造成閥在全關(guān)閉時(shí)氣源泄漏,被控參數(shù)難以穩(wěn)定;由于原先設(shè)計(jì)選用國(guó)內(nèi)制造的二位三通閥,主閥采用活塞式錐形端面和截止式軟密封,活塞上又帶O形圈,對(duì)推動(dòng)閥芯移動(dòng),需要較大氣源的推力;再次是閥芯受氣源管路中遺留的焊渣、鐵銹、或水汽(渣子)等劃傷、腐蝕的影響產(chǎn)生傷痕,閥座與閥體間的密封被破壞,摩擦力大時(shí)造成閥單向動(dòng)作甚至不動(dòng),所以容易產(chǎn)生卡阻現(xiàn)象,屬于閥自身缺陷導(dǎo)致穩(wěn)定性不高,不能適應(yīng)響應(yīng)快、頻率高的活套氣動(dòng)系統(tǒng)。所以氣閥改型選用了國(guó)外進(jìn)口的二位三通電控?fù)Q向閥替代國(guó)產(chǎn)的換向閥,該閥采用滑閥式結(jié)構(gòu)和平衡式設(shè)計(jì),不受氣壓變化的影響;電磁力大;閥芯上無(wú)其他油封,摩擦力小,無(wú)須潤(rùn)滑,可靠性和靈敏度均滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

活套控制是決定軋件質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù),通過(guò)對(duì)棒線活套的安裝、調(diào)試及生產(chǎn)實(shí)踐,在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上,因地制宜對(duì)設(shè)備進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn),不斷完善活套控制系統(tǒng)的性能,滿足了軋制生產(chǎn)節(jié)奏的需要。即使發(fā)生了活套故障,也能比較方便地找到原因,大大減少排除故障的時(shí)間,保證了棒線生產(chǎn)線產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。

[1] 白彬彬,柴天佑,張操山,等.棒材連軋機(jī)的微張力控制[J].冶金自動(dòng)化,1998,22(4):19-21.

[2] 章家?guī)r,金俊,姚有領(lǐng).基于傳感器技術(shù)的棒材在線自動(dòng)計(jì)數(shù)方法[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),2006,18(1):59-62.

[3] 陳思聯(lián),蘭德年,劉正東,等.高品質(zhì)特殊鋼技術(shù)開(kāi)發(fā)的背景與目標(biāo)[J].世界鋼鐵,2009(2):56.

[4] 姚俊,唐廣波,劉正東,等.棒線材熱軋過(guò)程綜合數(shù)值模擬系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[J].冶金自動(dòng)化,2010,9(5):25.

Analysis and Application of the Control Principle of Bar Line Looper

TAN Fang

(Guangdong Songshan Polytechnic College,Shaoguan 512126,Guangdong,China)

In this paper,the principle of looper control and the functions of system control are described.And taking the bar product line of Shaoguan Steel of Baosteel-specialsteel as an example,given the looping operation conditions directly affect the product quality and production efficiency,from two aspects of mechanical and electrical,to analyze the frequent faults of looper in debugging and application process,and optimization measures,has achieved good effect.

looper,the control principle,system control,analysis of the problem,treatment measures

TG333.2

A

1001-5108(2017)02-0044-03

譚芳,碩士研究生,主要從事電氣自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)工作。