連鑄連軋生產(chǎn)線卷取機(jī)芯軸電機(jī)抱閘控制的改進(jìn)

王新朋，劉金芝

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

熱軋生產(chǎn)線有兩臺卷取機(jī)，為實現(xiàn)帶鋼尾部在卷取機(jī)芯軸的精確位置控制，芯軸傳動電機(jī)安裝了抱閘，抱閘的動作由電機(jī)傳動柜和抱閘柜控制。但在生產(chǎn)中，多次發(fā)生因抱閘柜電氣元器件故障使芯軸突然停車，造成卷取機(jī)內(nèi)堆鋼，由于堆鋼難以在短時間內(nèi)處理完成，會導(dǎo)致連鑄停澆的嚴(yán)重事故。元件故障還會使抱閘線圈燒壞。由于抱閘是進(jìn)口設(shè)備，造價很高，同時更換抱閘費(fèi)時費(fèi)力，需要大量的熱停工時間，直接影響了企業(yè)的成本和產(chǎn)能。為了避免類似事故的發(fā)生，本次改進(jìn)主要著眼于研究提高抱閘柜控制元器件的可靠性的方法，力求通過對抱閘柜的技術(shù)改造，避免因元件故障造成卷取機(jī)內(nèi)堆鋼事故和抱閘燒壞，并且能夠快速排查故障點(diǎn)，以最快的速度恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行，為企業(yè)的生產(chǎn)順行提供有力保障。

1 抱閘控制原理

（1）芯軸自動定尾控制。芯軸卷取帶鋼完成后，進(jìn)行兩次自動定尾控制，使帶鋼尾部停在需要的位置。如果尾部沒有停止在預(yù)定位置，芯軸將再次旋轉(zhuǎn)執(zhí)行此動作。帶鋼尾部精確的停在預(yù)定位置，便于卸卷小車平滑地卸卷。另外，能夠使帶卷打包時壓緊尾部。

（2）抱閘控制時序。卷取機(jī)芯軸起動運(yùn)行時，傳動電機(jī)逆變器的抱閘打開信號“BR”由“0”變?yōu)椤?”，控制抱閘柜內(nèi)繼電器BRX，繼而控制接觸器BRX2，BFX2瞬間閉合，這時電機(jī)抱閘線圈流過強(qiáng)制勵磁電流，電磁力克服抱閘機(jī)械彈簧彈力將抱閘打開，同時，時間繼電器BRT開始計時，經(jīng)設(shè)定時間后打開，控制繼電器BFX1，使接觸器BFX2打開，這時抱閘線圈流過保持電流，一直維持抱閘打開。直到芯軸電機(jī)停止時，“BR”信號由“1”變?yōu)椤?”，抱閘線圈失電，抱閘閉合。這一動作過程在帶鋼一次和二次定尾時自動執(zhí)行，芯軸停止旋轉(zhuǎn)后，抱閘隨即閉合抱緊電機(jī)轉(zhuǎn)子軸實現(xiàn)精確定位。

2 生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題及原因分析

自生產(chǎn)以來，卷取機(jī)芯軸先后出現(xiàn)過幾次突然停車。由于停車多發(fā)生在帶鋼卷取過程中，造成卷取機(jī)內(nèi)堆鋼。最嚴(yán)重的一次，抱閘線圈被燒毀，只好更換了抱閘線圈。處理堆鋼、更換抱閘需要大量的停機(jī)時間，給企業(yè)造成了經(jīng)濟(jì)損失。

經(jīng)過仔細(xì)調(diào)查和分析，最終確定問題都出在了抱閘柜內(nèi)的電氣元件上。原因一：抱閘控制電源繼電器PS2常開觸點(diǎn)偶爾接觸不良。由圖1可知，抱閘線圈電源回路電源和閘后，繼電器PS2得電，其常開觸點(diǎn)動作將抱閘電源健康信號送至逆變器，逆變器具備運(yùn)行條件。因此一旦PS1常開觸點(diǎn)接觸不良，使繼電器PS2突然失電，造成逆變器在運(yùn)行過程中抱閘健康信號消失，逆變器停止運(yùn)行。原因二：抱閘柜內(nèi)時間繼電器BRT故障。由圖1邏輯可知，抱閘接收到打開指令的瞬間，時間繼電器開始計時。線圈中流過較大電流，抱閘瞬時動作打開，計時（實際設(shè)定為1秒）后時間繼電器動作，電阻1R串聯(lián)入抱閘線圈電源回路，線圈電流減小，抱閘保持打開狀態(tài)。如果時間繼電器出現(xiàn)故障，不能計時動作，那么抱閘線圈將始終通過電流I:

圖1 抱閘控制原理圖

（強(qiáng)制勵磁電流額定值17.8A）,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過抱閘保持電流的額定值3.08A。這樣可能導(dǎo)致以下嚴(yán)重的后果：第一，持續(xù)大電流導(dǎo)致抱閘柜的主回路過載，造成上級開關(guān)跳閘，抱閘健康信號消失，芯軸突然停車；第二，持續(xù)大電流使抱閘線圈絕緣迅速老化而燒毀；第三，線圈燒毀抱閘失去功能，會使抱閘打不開造成芯軸電機(jī)長時間過載而損壞電機(jī)絕緣，同時抱閘皮嚴(yán)重磨損燒壞。

3 抱閘控制改進(jìn)方案及實施內(nèi)容介紹

（1）電源控制鍵康信號的改進(jìn)。芯軸逆變器抱閘健康信號取自于抱閘柜電源控制繼電器的一個常開觸點(diǎn)。當(dāng)抱閘主電路電源MCCB1和控制電源CP1都合閘后，此觸點(diǎn)閉合?，F(xiàn)將PS1、PS2單觸點(diǎn)改為雙觸點(diǎn)并聯(lián)，并聯(lián)后單個觸點(diǎn)因接觸不良造成信號不穩(wěn)的幾率大大降低，使采集的信號更加可靠。既充分利用了原有設(shè)備，又簡便易行。

（2）抱閘線圈電流控制電路的改進(jìn)。抱閘打開、關(guān)閉動作原來是由傳動柜和抱閘柜共同控制，軋機(jī)PLC沒有參與。現(xiàn)在，充分利用軋機(jī)PLC及遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，對抱閘增加了PLC程序控制，這樣增加了控制的靈活性和可操作性，使抱閘控制邏輯更加趨于完善。①在抱閘柜與PLC遠(yuǎn)程I/O柜（M8022）之間敷設(shè)一根四芯電纜（4×1.5mm2）。②在遠(yuǎn)程I/O柜（M8022）內(nèi)增加一個24VDC（2NC，2NO）繼電器，圖2。③連接I/O柜內(nèi)DO模塊一個冗余位到新增繼電器線圈，圖2。④電纜連接24VDC繼電器一個NC接點(diǎn)到抱閘柜的抱閘線圈控制回路，圖3、圖2中虛線框。⑤在PLC中編程，圖4程序段2，輸出到DO模塊、繼電器，控制抱閘線圈電流。

（3）抱閘故障報警功能增加的改進(jìn)。電纜連接抱閘柜內(nèi)控制抱閘動作的繼電器“BFX1”一個NO接點(diǎn)到I/O柜DI334模塊一冗余位，圖3。在PLC編制程序，圖4程序段1，在HMI畫面中增設(shè)報警功能。一旦抱閘柜元件出現(xiàn)故障，信號將反饋到PLC，在HMI中顯示報警號“DC1_ALM272”。報警功能增加后，便于維護(hù)人員快速查找問題點(diǎn)和處理故障。

圖2 改進(jìn)后抱閘控制原理圖

圖3 改進(jìn)后PLC控制原理圖

圖4 PLC程序圖

（4）改進(jìn)后工作原理。改進(jìn)后，邏輯關(guān)系為：當(dāng)時間繼電器（實際設(shè)定為1秒）故障不能正常動作時，BFX1常開接點(diǎn)信號I_SP1始終為1，程序開始計時，達(dá)到設(shè)定時間2秒后，輸出報警信號DC1_ALM272，并且在HMI中顯示出來。同時，程序輸出O_SP1置1，控制新增繼電器動作，斷開接觸器BFX2，加入經(jīng)濟(jì)電阻1R，保證線圈電流切換為保持電流，抱閘仍然能夠正常工作。這時可以立刻更換繼電器，故障處理完畢后，芯軸重新起車將報警消除。設(shè)備恢復(fù)正常狀態(tài)。如果由于軋制節(jié)奏快等原因時間不允許時，可以將程序中的報警計時設(shè)定的與時間繼電器相同（1秒），利用程序和新增繼電器使抱閘也能夠正常工作。當(dāng)時間允許時再更換備件，將程序恢復(fù)為2秒。

4 結(jié)語

對抱閘控制的改進(jìn)，大大降低了卷取機(jī)堆鋼事故發(fā)生的概率，減少了設(shè)備故障停機(jī)時間和備件消耗，使企業(yè)減少了損失，增加了效益。至2013年9月，改造在兩臺卷取機(jī)抱閘柜實施完成，通過模擬試驗，抱閘動作可靠，達(dá)到了預(yù)期的效果。自改進(jìn)以來，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。2014年11月帶鋼卷取過程中出現(xiàn)過一次報警，迅速查出是時間繼電器損壞，很快進(jìn)行了更換，生產(chǎn)沒有受到絲毫影響。充分證明此項改進(jìn)實用性強(qiáng)，可靠性高，很好的利用了現(xiàn)有資源，解決了設(shè)備運(yùn)行存在的實際問題。