棒材電氣接地系統(tǒng)問題及改造分析

鄒 元

（南京鋼鐵股份有限公司棒材廠，江蘇 南京 210035）

1 棒材連軋線生產工藝簡介

1.1 棒材生產工藝

在棒材連軋線的生產工藝中對于材料的選擇，工作人員一般情況下會選擇符合國標、英標以及日標的連鑄坯，規(guī)格為直條圓鋼和螺紋鋼。其基本類型為優(yōu)質或普通的碳素化結構鋼和低合金鋼等。棒材生產工藝流程非常復雜、煩瑣，首先要對胚料進行檢查，合格之后入庫堆放，然后上料稱重。胚料在棒材生產加工過程中扮演著重要的角色，如果發(fā)現(xiàn)不合格的胚料，一定要及時剔除。相關工作人員將合格后的毛坯放到加熱爐中加熱，處理完之后再放入粗軋區(qū)，用飛剪剪掉頭尾，再次放入中軋區(qū)進行第二次頭尾的飛剪剪切，然后進入精軋區(qū)[1]。精軋區(qū)的旁邊有旁通輥道和穿水冷裝置，經過第三次的飛剪剪切之后進入冷床，然后依次成排移送出去，進行冷剪定尺，并交由鏈式移送。經過上述全部流程才可以將生產的鋼材進行打捆以及稱重處理并且標記上銘牌，這樣方可出廠。

1.2 棒材連軋線

棒材的連軋線是這一生產過程中的一大創(chuàng)新，它分為縱向軋制及橫向軋制，主要是通過軋機對鋼材進行連續(xù)不斷的軋制，以形成不同形式和不同斷面的棒材。棒材連軋線的技術水平實際上是屬于冶金軋制方面的技術創(chuàng)新，整個生產過程極大地提高了棒材生產線的生產效率，同時也減少了生產成本的投入，使得相關企業(yè)的生產效率最大化。與傳統(tǒng)的生產過程相比，現(xiàn)代化的棒材連軋線規(guī)避了以往需要進行反復軋制以及來回輸送的問題，從而降低了溫度的損失，并且可以對材料的溫度進行調節(jié)與控制，滿足了生產生活中的要求[1]。現(xiàn)階段，我國棒材連軋線的生產過程中多采用多臺連軋機同時使用的方式，并將具體的工作車間改為粗軋區(qū)及精軋區(qū)。這樣的分配形式的優(yōu)點是可以避免在鋼材的生產過程中出現(xiàn)扭曲或其他方面的質量問題，從而保證了鋼材的生產效率與生產質量。

2 棒材生產工藝的具體配置

從特優(yōu)鋼棒材的最終生產工藝流程來看，生產線的主要工序是矯直工序、倒棱工序、探傷工序。這一條生產線具有非常靈活的特點，不僅可以進行自動化的生產操作，還可以在各自獨立的空間進行生產。

（1）矯直工序。矯直工序是棒材生產的第一步，其目的在于對鋼材的原材料進行初步的矯直處理。以優(yōu)特鋼材為例，優(yōu)特鋼材產品屬于黑皮材質，因此要選用交流電動機傳動，通常無極調速的七輥矯直機相對較為適宜。這種矯直機的效果非常好，采取的是對置輥列組合，與其他的矯直機相比使用的輥數(shù)更少，并且在矯直的精確度上也有著先天的優(yōu)勢，矯直效果更為明顯，最終生產出來的優(yōu)特鋼棒的質量也更高。用傳統(tǒng)技術生產出來的優(yōu)特鋼棒材料經常是頭尾極不平直，而現(xiàn)代化的技術中，經過設備的不斷改良，只需要棒材的規(guī)格在使用之前符合標準，那么就可以保證輥面與棒材之間良好的接觸，加之復合輥系及液壓恒壓技術，因此優(yōu)特鋼棒的頭尾不直的問題就不復存在了。

（2）倒棱工序。在棒材生產工藝的過程中，倒棱工序是其中的第二道工序，倒棱機在其中起到了重要的作用。倒棱機的作用是對各種型號與規(guī)格的管道進行處理，并且進行有效的切割坡口加工，從而讓優(yōu)特鋼棒符合實際建設的需要。倒棱機的核心是主機，主機的作用是對矯直之后的棒材進行加工處理，此外還包括上料臺架與下料臺架。對優(yōu)特鋼棒材的生產來說，倒棱工序事實上屬于具體生產過程中的最后一道工序，打捆收集和稱重也是其中必不可少的一道工序，但是它并不會對鋼材的實質性造成改變，主要是對倒棱程序完成之后的成品棒材進行集中的處理，以便于鋼材的運輸[2]。與此同時，相關工作人員在進行該道工序的過程中一定要按照相關流程操作，盡量做到盡善盡美，為產品的后續(xù)使用提供保證。

（3）探傷工序。探傷工序在鋼棒材的施工過程中非常重要，是其中的核心環(huán)節(jié)，必不可少。特鋼產品的附加值主要體現(xiàn)在了圓鋼的探傷方面。探傷工序的流程非常復雜，先由精整跨吊車將棒捆吊放到離線精整上料臺架，然后經過工作人員的拆捆后借助上料臂將棒材單根送到矯直機上料輥道上，最后經過倒棱后進入漏磁探傷機組和超聲波探傷機組進行表面內部缺陷探傷。對于探傷過程中發(fā)現(xiàn)的表面存在的問題，不符合相關規(guī)定的，要根據(jù)不同的探傷情況送到砂輪點進行機械修磨。其中，鋼棒材表面沒有必要修磨，但內部需要進行探傷分級的，相關人員需要采取超探、尾部噴標分級；只需進行表面矯直或拋丸的棒材，則在對應機組后設置收集料筐處直接進行收集；如果表面的質量要求較高，或棒材表面存在較多問題，則需要通過砂輪剝皮機組進行剝皮處理。

3 棒材電氣接地系統(tǒng)存在的問題

（1）因為棒材廠用到的是西門子的全數(shù)字直流傳動裝置，這個系統(tǒng)的精確度非常高，所以對接地有著非常高的要求。但是因為施工過程中沒有達到規(guī)定的要求，就產生了裝置的錯誤警報。

（2）倍尺剪的角度與速度共用一個編碼器信號線，然后再和交流調速變頻的負載電纜放在同一個架橋上，沒有進行過嚴格的接地，導致強電流感應磁場與速度編碼信號相互干擾，出現(xiàn)倍尺剪不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

（3）信號線與電源線之間會產生干擾，然而活套掃描器模擬的信號和電源線放在一個架橋上就會造成信號非常不穩(wěn)定的問題，使產品的質量受到影響。

（4）液壓潤滑站控制柜內裝置是西門子S1500系列ET200MP和ET200SP模塊，按照相關要求設計，該接地應該是數(shù)字接地，因為施工過程中存在著一些不合理的現(xiàn)象，導致電焊機所使用的接地線著火，整個模塊被燒毀[3]。

4 棒材電氣接地系統(tǒng)問題成因及改造措施

在棒材電氣接地系統(tǒng)的施工現(xiàn)場，動力線路分布十分密集，并且設備的啟動與停止的過程非常復雜，還要受到很嚴重的電場和磁場的干擾。在這個龐大的工業(yè)控制系統(tǒng)中有上百個甚至更多的輸入與輸出的通道，而干擾其中通道的主要原因是導線之間的相互耦合。工業(yè)現(xiàn)場的干擾是多方面因素造成的，而屏蔽與接地可以很好地控制干擾信號的發(fā)生，這不僅可以使系統(tǒng)更加安全平穩(wěn)地運行，還可以提高產品的質量。下面就針對棒材廠面對的問題進行分析與闡述。

（1）主軋線的傳動裝置發(fā)生F60042（測速機監(jiān)控檢測出異常）或F60031（“設定-實際”差值太大）故障，以及DP網絡頻繁報警等情況。相關工作人員在檢查過程中發(fā)現(xiàn)沒有出現(xiàn)設備故障，只要讓機器復位就可以正常使用，但是頻繁錯誤警報的麻煩不容易解決。相關資料顯示，工廠中的電氣數(shù)字控制系統(tǒng)運用的是并聯(lián)接地。并聯(lián)接地電路的優(yōu)點是各個電路之間不會相互干擾、相互耦合，只會與其自身的地電流相關。這樣的并聯(lián)接地線路在一定程度上不容易受到公共地線抗阻的耦合干擾。在采用并連接地的方式時，工作人員需要采用粗一些的地線。與此同時，各個部件之間產生信號傳送時，地線環(huán)流的干擾會減小[3]。所謂環(huán)地電流，就是用一根導線去連接不同的接地點，在導線的中間會產生電流。對此，工作人員研究了抗接地干擾技術來解決這一問題。為了更好屏蔽不必要的干擾信息，相關的工作人員要把每個裝置的電壓設置為0V，這樣就可以更好地避免信號干擾。一般情況下，接地線是由截面較大的扁平辮子線組成的，其中較好的接地性能可以保證正常的導電性，然后所有的接地線再集中到一個點的地母線上。準確的接地系統(tǒng)本就可以在一定程度上減少干擾，加上ProfiBus-DP網所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)更加精確，這樣錯誤警報就可以得到改善。

（2）在棒材電氣接地系統(tǒng)中存在很多問題，其中外界的信號干擾是突出問題，并需要著重解決。因為電平信號所經過的地方電平信號要為0，而為了防止交流電對低電平信號造成干擾就要采用倒倍尺剪編碼器以及活套器。對于一個電子信號來說，它要在眾多的信號中找到一個阻抗最低的電路然后回到地下的途徑，相關人員要對這一電流的處理措施進行分析。調查研究發(fā)現(xiàn)，回路面積和輻射強度成正比，也就是說回路面積越大，輻射的強度就越強。因此，PCB在排版的過程中需要技術人員結合棒材廠的實際情況盡量減少相關的電流回路。PCB上所傳輸?shù)奶匦钥棺枰话銜没讓幼鰠⒖?，一旦這條線出現(xiàn)了斷裂，阻抗就會消失，從而影響信號的完整性[3]。所以，棒材廠的工作人員在布線時不能讓它與交流線靠得太近，并將其中的高速線安排到離地平面較近的一層，這樣信號在回流的過程中就會加長。①實際生產中不難發(fā)現(xiàn)，造成電場耦合干擾的主要原因是兩根導線之間的電容。在棒材電氣接地系統(tǒng)中，為了擺脫電場耦合的干擾，工作人員需結合實際采用屏蔽及抑制的技術。因為空心導體或金屬網內的物質一般來說不會受到外界的干擾，在這一過程中工作人員一定要注意不要把導線屏蔽層的兩端都連接在地線上。②在棒材接地系統(tǒng)中，一段地線的兩點之間有很多電壓，會對電平信號產生非常嚴重的影響，為了施工人員的安全必須進行隔離。在棒材電氣接地系統(tǒng)施工的過程中，相關的工作人員會用到電焊機，一旦把它接到金屬架上就會有強大的電流流經站內的ET200中的地線，容易造成火災。工作人員也可以將地面站和地角所連螺栓拆除，然后用橡膠板將地面站墊起，這樣就會避免大電流著火現(xiàn)象。

5 結束語

綜上所述，相關人員需要對棒材接地系統(tǒng)上的錯誤警報、信號線與電源線相互干擾以及倍尺剪發(fā)生不穩(wěn)定等現(xiàn)象進行有針對性的處理，以減少系統(tǒng)因為故障造成的一系列問題，進而提高棒材電氣接地系統(tǒng)的質量。