多流矯直機電氣自動化控制系統(tǒng)的自主研發(fā)

朱向陽

摘 要：本文介紹了國外達涅利集團（Danieli Metallurgical Equipment Co.， Ltd.）生產(chǎn)的多流角鋼矯直機的電氣自動化控制系統(tǒng)自主研發(fā)過程，難點輥縫調(diào)整控制系統(tǒng)及生產(chǎn)過程中啟停定位的控制過程。

關(guān)鍵詞：矯直機；矯直定位；輥縫調(diào)整

中圖分類號：TG334.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0005-04

1 前言

唐山正豐鋼鐵有限公司原有一條棒材生產(chǎn)線，由于市場需要。公司決定將棒材生產(chǎn)線改為小角鋼生產(chǎn)線，主要生產(chǎn)3#-5#角鋼。小角鋼收集是問題關(guān)鍵，決定了角鋼產(chǎn)量。傳統(tǒng)角鋼矯直機多為單流矯直機，一次只能矯正一根鋼倍尺在矯正完后進入編組區(qū)，再到定尺鋸切區(qū)域。由于原來是棒材生產(chǎn)線，冷床輸出輥道后就是棒材定尺剪，剪后15米就是惠斯頓翻鋼裝置，距離太短。只能研究采用多流矯直機，矯正后直接進行定尺鋸切。多流矯直機及其矯直定位自動化控制系統(tǒng)，目前在國內(nèi)還是空白。

2 自主研發(fā)多流矯直機控制系統(tǒng)

正豐鋼鐵在2016年3月份與國外達涅利集團進行接洽，包括設(shè)備本體，及全套電氣自動化系統(tǒng)。其中電氣自動化控制系統(tǒng)尤為重要，設(shè)計中有二級模型控制，并且需要意大利專家全程服務(wù)，造價也自然是不低的，在200-300萬元之間。為了減少投資，正豐鋼鐵只投資了多流矯直機設(shè)備本體，電氣自動化控制系統(tǒng)自主研發(fā)，難點輥縫調(diào)整控制系統(tǒng)及生產(chǎn)過程中啟停定位的控制過程。在沒有國外設(shè)備控制系統(tǒng)參考的前提下進行真正的中國創(chuàng)造。經(jīng)過多方調(diào)研、論證。盡可能的降低投資。全套自動化系統(tǒng)集成到現(xiàn)有精整區(qū)PLC中，不在另投資做一套PLC。

難點1：輥縫的調(diào)整控制。輥縫調(diào)整采用電動壓下，測量采用P+F公司的帶DP接口的絕對值編碼器，并通過DP網(wǎng)與主PLC連接，并實時的顯示在上位機HMI畫面上，以配合操作人員手動現(xiàn)場調(diào)整及自動模式下的輥縫自動定位及修正。要求相當(dāng)高的精確度。

難點2：矯正機主傳動。為了考慮傳動控制成本。主傳動采用直流電機控制。原因有兩點：（1）現(xiàn)有一臺備用電機，600kW直流電動機，可以用上不用做電機投入；（2）直流電機控制傳動系統(tǒng)采用西門子6RA70裝置進行控制調(diào)速，可以自主進行擴容改造，控制成本低，若采用交流電機，600kW交流電機傳動控制只能是采用西門子或ABB的原裝控制，傳動控制系統(tǒng)造價高。

難點3：矯正定位問題：因矯正后要直接進行定尺鋸切。若使用定尺擋板，鋼堆到擋板上直接將鋼堆彎，長度也不準(zhǔn)。要進行矯正定尺測長定位。

總體控制思路：本次設(shè)計的多流矯直機自動化控制系統(tǒng)，包含輸出輥道、多流矯直機、切割鋸一、切割鋸二和減速光電檢測器、定位光電檢測器，輸出輥道上依次設(shè)有多流矯直機、切割鋸一、切割鋸二、減速光電檢測器和定位光電檢測器，所述多流矯直機設(shè)有輥縫調(diào)整裝置，所述輥縫調(diào)整裝置包含中央處理器、上輥電機控制器、上輥位置編碼器、下輥電機控制器和下輥位置編碼器，中央處理器分別與上輥電機控制器和下輥電機控制器連接，上輥電機控制器和下輥電機控制器分別與上輥位置編碼器和下輥位置編碼器連接，上輥位置編碼器和下輥位置編碼器設(shè)在多流矯直機的調(diào)整軸上，所述減速光電檢測器和定位光電檢測器分別與中央處理器通訊連接，減速光電檢測器和定位光電檢測器，將信號傳至中央處理器，中央處理器根據(jù)此信號的觸發(fā)，完成高速計數(shù)，使多流矯直機實現(xiàn)快速平滑減速和精確定位。同時，通過讀取安裝在調(diào)整軸上的上輥位置編碼器和下輥位置編碼器的反饋值，并通過中央處理器運算標(biāo)定后，可以精確控制多流矯直機相應(yīng)的輥縫量。

參照附圖1（多流矯直機自動化控制系統(tǒng)硬件組成部分示意圖）、附圖2（多流矯直機自動化控制系統(tǒng)控制部分示意圖）說明。多流矯直機自動化控制系統(tǒng)硬件組成部分如附圖1所示、多流矯直機自動化控制系統(tǒng)控制部分示意圖如附圖2所示，包含輸出輥道1、多流矯直機2、切割鋸一3、切割鋸二4和減速光電檢測器5、定位光電檢測器6，輸出輥道1上依次設(shè)有多流矯直機2、切割鋸一3、切割鋸二4、減速光電檢測器5和定位光電檢測器6，所述多流矯直機2設(shè)有輥縫調(diào)整裝置，所述輥縫調(diào)整裝置包含中央處理器11、上輥電機控制器、上輥位置編碼器、下輥電機控制器和下輥位置編碼器，中央處理器11分別與上輥電機控制器和下輥電機控制器連接，上輥電機控制器和下輥電機控制器分別與上輥位置編碼器和下輥位置編碼器連接，上輥位置編碼器和下輥位置編碼器設(shè)在多流矯直機2的調(diào)整軸上，所述減速光電檢測器5和定位光電檢測器6分別與中央處理器11通訊連接。

在生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同品種及生產(chǎn)需要，本實用新型定尺規(guī)格從6米至12米之間不等，定尺參數(shù)通過設(shè)定，由中央處理器通過輥徑、線速度及二級模型中導(dǎo)出的輥徑磨損量來計算定位數(shù)據(jù)，從而簡化了不同品種，不同定尺的長度定位，實現(xiàn)了高效生產(chǎn)。

2.1 輥縫控制系統(tǒng)

（1）多流矯直機的輥縫的垂直調(diào)整采用5臺寧波東力DM80M2-4E 0.55kW電機，電機由相應(yīng)的控制器（上輥1#電機控制器20、上輥2#電機控制器21、上輥3#電機控制器22、上輥4#電機控制器23、上輥5#電機控制器24）控制。輥縫的軸向調(diào)整采用5臺寧波東力的DLR04-1/15.54-YD132M-2/8E-M1-R-5/1.6kW電機，電機尾端都帶電磁抱閘保證電機定位后鎖死固定，電機由相應(yīng)的控制器（下輥1#電機控制器25、下輥2#電機控制器26、下輥3#電機控制器27、下輥4#電機控制器28、下輥5#電機控制器29）控制。

（2）現(xiàn)場的檢測設(shè)備。

如圖3所示現(xiàn)場輥縫位置檢測采用德國倍加福公司的帶DP網(wǎng)通訊的絕對值編碼器，型號為：PVM58N-011AGR0BN-1213。安裝在相應(yīng)的調(diào)整軸上。上下輥縫的調(diào)整、左右方向的軸竄量，通過讀取安裝在調(diào)整軸上的絕對值編碼器的反饋值，并通過PLC運算標(biāo)定后，相應(yīng)輥縫量最終在HMI畫面上的顯示（如圖4所示）?，F(xiàn)場控制精度達到±0.25mm，完全滿足工藝要求的±2.00mm誤差。

設(shè)計相應(yīng)的主體程序如圖5所示。

2.2 傳動控制及定尺測長定位控制系統(tǒng)

根據(jù)生產(chǎn)工藝上的要求，矯直機在矯直過程中的同時，要滿足后續(xù)定尺及切割的工序，這就要求矯直機傳動必須保證反復(fù)啟停及迅速定尺精確。以此滿足生產(chǎn)的高效進行。

在輥道兩側(cè)安裝兩個金屬檢測器HMD1、HMD2。HMD1負(fù)責(zé)減速，將信號傳至PLC，PLC根據(jù)此信號的觸發(fā)，完成高速計數(shù)（通過矯直機電機測速編碼器）計算，生成斜坡速度傳至6ra70裝置，完成快速平滑減速。HMD2負(fù)責(zé)定尺，同樣通過高速計數(shù)，控制傳動停止位置，完成定位。

其中著重解決的問題是定尺精度及傳動停止后由于減速機箱內(nèi)齒輪間隙引起的尺寸誤差問題。

通過研究，采用6RA70裝置控制系統(tǒng)，在定位后，通過0速度鎖定的控制方式。有效的解決了上述問題。

定尺距離通過HMI設(shè)定（如圖6所示），簡化了不同品種，不同定尺的長度定位，實現(xiàn)了高效生產(chǎn)。

主體程序如圖7所示。

3 結(jié)語

實踐證明，上述設(shè)計和實施是高效、合理的。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，保證了正常生產(chǎn)，達涅利多流矯直機電氣自動化控制系統(tǒng)自主研發(fā)是成功的。本套系統(tǒng)屬于自動化與數(shù)學(xué)模型高度集成，解決了多流矯直機反復(fù)啟停及定位問題，以及在軋鋼領(lǐng)域輥縫自動調(diào)整方法，是一種高效、低故障率、投資成本低的新型方案。

參考文獻

[1]王信義.機電一體化技術(shù)手冊[M].機械工業(yè)出版社，1999.