進(jìn)口修磨機(jī)臺(tái)車(chē)速度精確控制

靳峰峰,任艷霞,王 學(xué)

(1.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 濟(jì)源 459000;2.河南濟(jì)源鋼鐵集團(tuán)有限公司一煉鋼廠(chǎng),河南 濟(jì)源 459000)

0 引言

達(dá)涅利進(jìn)口修磨機(jī)由磨頭、臺(tái)車(chē)和上下料臺(tái)架構(gòu)成，是通過(guò)修磨臺(tái)車(chē)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和磨頭電機(jī)驅(qū)動(dòng)的砂輪高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)鋼坯的自動(dòng)修磨。臺(tái)車(chē)是由一臺(tái)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，電機(jī)由變頻器直接控制，電機(jī)軸上裝配編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)定位，利用兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)上下料位置。不同的鋼坯對(duì)應(yīng)不同的修磨工藝參數(shù)，可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的修磨設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。

1 修磨臺(tái)車(chē)的控制方法和模式

修磨臺(tái)車(chē)的控制目前通常采用兩種方法。一種是通過(guò)纏繞在液壓馬達(dá)上的鋼絲繩來(lái)控制臺(tái)車(chē)動(dòng)作；另一種是通過(guò)變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)和減速機(jī)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)口修磨機(jī)臺(tái)車(chē)控制由變頻器控制電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電機(jī)的軸上裝有絕對(duì)值編碼器，用它來(lái)實(shí)時(shí)反饋臺(tái)車(chē)位置。在臺(tái)車(chē)測(cè)量模式下，由上料系統(tǒng)將鋼坯放到臺(tái)車(chē)上，在入口處通過(guò)光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)鋼坯的長(zhǎng)度和臺(tái)車(chē)返回的位置值。再根據(jù)修磨參數(shù)設(shè)定值計(jì)算出臺(tái)車(chē)修磨狀態(tài)下的左右修磨范圍值，并以此作為臺(tái)車(chē)行走的目標(biāo)值，依靠編碼器實(shí)際反饋的臺(tái)車(chē)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)速度的調(diào)整。

修磨臺(tái)車(chē)的控制分為自動(dòng)、手動(dòng)和半自動(dòng)三種模式。手動(dòng)情況下，通過(guò)操作臺(tái)上的操作手柄來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)的運(yùn)動(dòng)，在前進(jìn)方向和后退方向分別有兩個(gè)位置，分別稱(chēng)為減速位置和高速位置。在HMI畫(huà)面上可以看到兩個(gè)位置點(diǎn)的切換，在參數(shù)修改頁(yè)面可以通過(guò)位置補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)誤差的修改。再加上兩個(gè)極限位置。通過(guò)這幾個(gè)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)速度的指令控制。當(dāng)臺(tái)車(chē)到達(dá)極限位置，它會(huì)減速、停止并反向加速。隨著臺(tái)車(chē)速度的變化，磨頭的功率也要及時(shí)變化，才能夠滿(mǎn)足修磨深度一致的要求。這里主要對(duì)自動(dòng)模式下臺(tái)車(chē)的速度進(jìn)行分析。

2 臺(tái)車(chē)速度計(jì)算

修磨臺(tái)車(chē)不同狀態(tài)下，需要減速的位置各不相同。臺(tái)車(chē)在手動(dòng)、自動(dòng)、測(cè)量坯長(zhǎng)和自動(dòng)往復(fù)模式下速度各不相同，程序中總共設(shè)置了六種速度；不同模式下對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定也不一樣。控制的參數(shù)設(shè)置有低速切換位置和停止位置。例如在修磨時(shí)將減速位置設(shè)定為80 mm，自動(dòng)往復(fù)時(shí)的減速位置為70 mm；修磨完畢后下料位置為400 mm；修磨完成后返回上料需要減速的位置設(shè)定為200 mm。通過(guò)編碼器反饋的位置信息來(lái)進(jìn)行位置的精確控制。修磨臺(tái)車(chē)接近目標(biāo)位置時(shí)速度、臺(tái)車(chē)的加速度、減速度都是通過(guò)PLC程序來(lái)控制。在修磨時(shí)臺(tái)車(chē)低速為40 mm·s-1，修磨完成后下料和上料的速度為20 mm·s-1。通過(guò)工程測(cè)量定位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和PLC程序的控制，通過(guò)DP通訊方式實(shí)現(xiàn)PLC和變頻器之間的連接。

修磨臺(tái)車(chē)速度利用公式(1)來(lái)計(jì)算

(1)

式中R—金屬移除速度，kg·h-1；

DBL—鋼坯密度，kg·m-3；

YCF—步長(zhǎng)，mm；

v—臺(tái)車(chē)速度，m·s-1；

Z—修磨深度，mm。

上式中的R可通過(guò)R=P×MRTA表示，其中P為修磨功率，單位kW，MRTA為金屬移除率，單位為kg·(kWh)-1。

3 臺(tái)車(chē)速度控制方式

3.1 臺(tái)車(chē)速度手動(dòng)控制和點(diǎn)動(dòng)控制

根據(jù)修磨過(guò)程中不同的操作方式和修磨參數(shù)設(shè)定，臺(tái)車(chē)速度控制程序根據(jù)不同的需求有不同的控制方法。手動(dòng)控制和點(diǎn)動(dòng)控制通常應(yīng)用在修磨連鎖條件出現(xiàn)缺失或檢修作業(yè)過(guò)程中。

在變頻器通訊中，電機(jī)的狀態(tài)和開(kāi)始條件都具備的情況下。通過(guò)操作臺(tái)上的手動(dòng)搖桿來(lái)控制臺(tái)車(chē)的左右移動(dòng)，移動(dòng)前要連鎖到臺(tái)車(chē)往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中上下料料臂的位置，這個(gè)位置通過(guò)接近開(kāi)關(guān)來(lái)判定；同時(shí)還要判斷垂直方向上磨頭的連鎖條件，依靠垂直編碼器的通訊狀態(tài)和垂直位移值來(lái)判定；還可依靠臺(tái)車(chē)編碼器的通訊和位置與起始位置和終點(diǎn)位置進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。

點(diǎn)動(dòng)控制下，主要完成在編碼器故障或者超出臺(tái)車(chē)運(yùn)行范圍情況下的臺(tái)車(chē)控制。點(diǎn)動(dòng)控制是手動(dòng)控制的特殊情況。通過(guò)在畫(huà)面上選擇點(diǎn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)的操作。

3.2 臺(tái)車(chē)速度自動(dòng)控制

根據(jù)修磨位置面部還是角部，臺(tái)車(chē)速度可進(jìn)行分別控制。自動(dòng)狀態(tài)下，角部修磨速度的計(jì)算不受影響，但是面部修磨臺(tái)車(chē)速度依據(jù)公式計(jì)算。最大速度為1 m·s-1，最小速度為0.1 m·s-1。

根據(jù)公式(1)計(jì)算出來(lái)的臺(tái)車(chē)速度如果在區(qū)間內(nèi)，就按照計(jì)算出來(lái)的值來(lái)確定速度；計(jì)算出來(lái)的臺(tái)車(chē)速度如果大于1 m·s-1，將速度設(shè)定為1 m·s-1，此時(shí)修磨的最大功率需要按照公式(2)來(lái)計(jì)算;如果計(jì)算出來(lái)的值小于最小速度，則磨頭進(jìn)給的步長(zhǎng)計(jì)算按照公式(3)來(lái)計(jì)算。

(2)

(3)

式中vmax—速度最大值，m·s-1；

vmin—速度最小值，m·s-1。

3.3 坯料長(zhǎng)度測(cè)量模式下的半自動(dòng)控制

修磨前最重要的就是首先對(duì)修磨鋼坯長(zhǎng)度的測(cè)量。鋼坯長(zhǎng)度測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響到修磨的質(zhì)量。鋼坯長(zhǎng)度的計(jì)算依靠臺(tái)車(chē)速度、鋼坯測(cè)量對(duì)射光柵對(duì)鋼坯頭部和尾部的信號(hào)判斷和實(shí)際臺(tái)車(chē)編碼器數(shù)值來(lái)計(jì)算。

依靠臺(tái)車(chē)編碼器的位置與上下料位置、對(duì)射光柵位置的對(duì)比來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼坯測(cè)量狀態(tài)下臺(tái)車(chē)的前進(jìn)和后退控制。

3.4 臺(tái)車(chē)半自動(dòng)修磨控制

臺(tái)車(chē)半自動(dòng)修磨主要是實(shí)現(xiàn)鋼坯局部修磨時(shí)臺(tái)車(chē)的自動(dòng)控制。需要人工通過(guò)在鋼坯上對(duì)表面局部缺陷進(jìn)行標(biāo)記再通過(guò)臺(tái)車(chē)進(jìn)行半自動(dòng)修磨。半自動(dòng)控制需要滿(mǎn)足下面的步驟：

(1)首先在修磨臺(tái)操作面板上選擇半自動(dòng)。

(2)臺(tái)車(chē)自動(dòng)的條件具備；臺(tái)車(chē)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的條件具備。

(3)修磨鋼坯的長(zhǎng)度依據(jù)長(zhǎng)度測(cè)量程序測(cè)量，且測(cè)量出來(lái)的鋼坯長(zhǎng)度不超過(guò)范圍。

(4)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)控制的臺(tái)車(chē)鋼坯能夠自動(dòng)翻轉(zhuǎn)。

4 臺(tái)車(chē)速度的選擇程序設(shè)計(jì)

為了能夠滿(mǎn)足臺(tái)車(chē)在不同的操作模式下、在不同的修磨狀態(tài)下速度的精確控制。利用不同場(chǎng)合下的組合，在程序中設(shè)計(jì)了6種不同的臺(tái)車(chē)速度，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換和程序執(zhí)行。

手動(dòng)控制模式下，點(diǎn)動(dòng)和非點(diǎn)動(dòng)的速度有高速和低速之分。因?yàn)?，點(diǎn)動(dòng)情況下，設(shè)備的連鎖出現(xiàn)丟失或者臺(tái)車(chē)編碼器出現(xiàn)故障，這個(gè)時(shí)候需要低速來(lái)操作臺(tái)車(chē)運(yùn)動(dòng)。而非點(diǎn)動(dòng)手動(dòng)控制下，需要快速實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)的運(yùn)動(dòng)，即手動(dòng)高速運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)高速同樣適用在操作工操作面板上的左側(cè)運(yùn)動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式。

在修磨完成后，需要臺(tái)車(chē)快速到達(dá)上下料位置實(shí)現(xiàn)上下料操作。這時(shí)需要臺(tái)車(chē)的速度再快一些。在半自動(dòng)和自動(dòng)操作模式、臺(tái)車(chē)位置在合理移動(dòng)范圍內(nèi)，臺(tái)車(chē)的速度也比手動(dòng)模式下速度快。

鋼坯長(zhǎng)度測(cè)量的速度是單獨(dú)的，因?yàn)橐紤]到對(duì)射光柵信號(hào)的穩(wěn)定和鋼坯頭部、尾部信號(hào)觸發(fā)和長(zhǎng)度的計(jì)算。只有合理的速度才能計(jì)算出精確地鋼坯長(zhǎng)度。半自動(dòng)修磨要實(shí)現(xiàn)鋼坯的局部修磨，速度要根據(jù)磨頭的功率和安全等因素設(shè)定。最后進(jìn)行自動(dòng)修磨狀態(tài)下的速度計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)口修磨機(jī)的臺(tái)車(chē)速度控制依據(jù)不同的操作模式和不同的控制要求來(lái)設(shè)計(jì)。臺(tái)車(chē)速度的計(jì)算除了要根據(jù)要求外，主要是基于公式的計(jì)算，還要綜合考慮修磨的功率和修磨深度，修磨進(jìn)給步長(zhǎng)。只有實(shí)現(xiàn)臺(tái)車(chē)速度的精確控制才能夠修磨出表面合格的鋼坯。