連退機(jī)組活套帶鋼跑偏新增檢測(cè)方式及控制優(yōu)化

羅衛(wèi)東，葛 祥，賈 建，王浩晴

（馬鋼（合肥）板材有限責(zé)任公司，安徽合肥 230011）

1 概述

馬鋼（合肥）板材公司連退機(jī)組出入口活套均采用現(xiàn)代化立式雙塔結(jié)構(gòu)，其作用是為防止入口段焊接、平整機(jī)換輥或其他設(shè)備異常停機(jī)而儲(chǔ)存、釋放帶鋼，以保證退火爐運(yùn)行的連續(xù)性。出入口活套總套量設(shè)計(jì)均為1 200 m，活套升降小車(chē)的有效行程為27 m，單活套帶鋼20 道次，雙活套帶鋼共計(jì)40道次，活套內(nèi)配備4 套雙輥CPC（糾偏單元，以下簡(jiǎn)稱(chēng)CPC），1套單輥CPC，CPC液壓缸的最大糾偏行程為±150 mm。以入口活套為例，活套設(shè)備結(jié)構(gòu)分布如圖1所示，活套出、入口帶鋼運(yùn)行的最大速度分別為VOUTmax=420 m/min，VINmax=700 m/min，活套在高速、高位運(yùn)行時(shí)，僅靠5套糾偏單元很難有效保證帶鋼在機(jī)組中心線上，且原糾偏控制設(shè)計(jì)方式為當(dāng)糾偏液壓缸行程超過(guò)80%時(shí)，糾偏控制單元直接向主線PLC 發(fā)出停車(chē)請(qǐng)求，沒(méi)有智能化的對(duì)帶鋼進(jìn)行糾偏，其控制方式存在缺陷。通過(guò)增加帶鋼邊部檢測(cè)光柵及聲光報(bào)警器，并對(duì)PLC 程序及HMI 畫(huà)面進(jìn)行優(yōu)化，徹底消除設(shè)計(jì)缺陷。

圖1 活套的設(shè)備組成結(jié)構(gòu)

2 糾偏單元的功能概述

當(dāng)糾偏單元檢測(cè)到帶鋼跑偏時(shí)，裝在糾偏輥框架上的位移傳感器將糾偏輥框架的實(shí)際位置反饋到CPC 控制器，CPC 控制器再根據(jù)CPC 測(cè)量元件的所測(cè)得的帶鋼的實(shí)際位置信號(hào)來(lái)控制糾偏輥的伺服液壓系統(tǒng)進(jìn)而移動(dòng)糾偏框架，從而達(dá)到對(duì)帶鋼跑偏情況的糾偏效果。

2.1 糾偏裝置

出、入口活套CPC 采用的均是比例控制糾偏裝置，糾偏控制系統(tǒng)包括控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、伺服閥、控制對(duì)象、電感檢測(cè)裝置等，結(jié)構(gòu)模型如圖2 所示，轉(zhuǎn)向輥A、B 垂直安裝于機(jī)組中心線水平位置，糾偏輥I、II 安裝于一個(gè)擺動(dòng)機(jī)架上，轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸位于糾偏框架的入口側(cè)，帶鋼檢測(cè)框架和執(zhí)行機(jī)構(gòu)均安裝于糾偏框架的出口側(cè)，當(dāng)帶鋼檢測(cè)框架檢測(cè)到帶鋼跑偏時(shí)，糾偏控制器計(jì)算出糾偏框架需要執(zhí)行的偏移量Ue，執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)糾偏框架繞著轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在水平面上轉(zhuǎn)動(dòng)所形成的夾角為δ，對(duì)入口跑偏的帶鋼進(jìn)行糾正，使糾偏框架出口的帶鋼在機(jī)組中心線運(yùn)行，其中比例控制糾偏裝置的糾偏能力計(jì)算公式為Ue=Lsinδ，L 為帶鋼進(jìn)入糾偏輥和離開(kāi)糾偏輥切點(diǎn)距離。

圖2 比例控制糾偏裝置的結(jié)構(gòu)模型

2.2 主線PLC對(duì)糾偏量的處理

CPC 控制器通過(guò)Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò)向主線PLC發(fā)送狀態(tài)字，當(dāng)活套內(nèi)CPC 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的糾偏量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的80%時(shí)將發(fā)出停車(chē)請(qǐng)求，且活套內(nèi)的CPC 控制功能塊觸發(fā)中央段（爐區(qū)）PLC，將直接導(dǎo)致?tīng)t區(qū)快停，嚴(yán)重者致使?fàn)t內(nèi)帶鋼瓢曲?？紤]到CPC可能誤發(fā)狀態(tài)字，且即使帶鋼跑偏，操作人員也很第一時(shí)間難發(fā)現(xiàn)，不能夠有效的加以干預(yù)，因此原PLC 功能設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重缺陷，據(jù)統(tǒng)計(jì)因帶鋼跑偏導(dǎo)致的停爐如表1所示。

表1 功能優(yōu)化前因PLC設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的停爐

3 活套內(nèi)帶鋼跑偏檢測(cè)的優(yōu)化

僅依靠CPC 檢測(cè)活套內(nèi)帶鋼跑偏，且只有CPC糾偏量作為觸發(fā)停車(chē)的條件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，且活套內(nèi)的CPC控制功能塊觸發(fā)中央段（爐區(qū)）PLC是非常不合理的，因此需要在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，加以功能優(yōu)化，以便智能化的早發(fā)現(xiàn)、早干預(yù)。通過(guò)對(duì)CPC糾偏量程進(jìn)行分段處理、增加活套帶鋼邊部檢測(cè)光柵及聲光報(bào)警器等，提高帶鋼跑偏檢測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)能夠提醒操作人員提前介入并加以干預(yù)。

3.1 CPC糾偏量與帶鋼位置顯示

由于原PLC 控制程序?qū)PC 控制器發(fā)出的糾偏量處理比較單一，原設(shè)計(jì)為當(dāng)帶鋼跑偏直至CPC的糾偏量100%時(shí)，中央段由工藝速度（約200 m/min）直接停機(jī)，增加了帶鋼斷帶及瓢曲的風(fēng)險(xiǎn)，且HMI 畫(huà)面沒(méi)有對(duì)CPC 的狀態(tài)做實(shí)時(shí)顯示，不便于操作人員及時(shí)掌握帶鋼運(yùn)行狀況。因此通過(guò)對(duì)HMI畫(huà)面進(jìn)行優(yōu)化，新增CPC 糾偏量與帶鋼位置及CPC狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，如圖3所示，以便于操作人員觀察帶鋼運(yùn)行情況，及時(shí)消除潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 CPC糾偏量與帶鋼實(shí)時(shí)位置

3.2 新增帶鋼邊部檢測(cè)光柵

由于CPC 裝置的數(shù)量有限，不能夠呈現(xiàn)活套內(nèi)所有道次的帶鋼的跑偏情況，因此在每個(gè)活套小車(chē)的第一個(gè)道次帶鋼前底輥的操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)的邊沿分別安裝一個(gè)自反射式光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)的感應(yīng)距離可根據(jù)單個(gè)活套小車(chē)的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)帶鋼跑偏至邊部并觸發(fā)到光電開(kāi)關(guān)時(shí)，主線PLC 接收到信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行處理。為防止帶鋼邊部檢測(cè)開(kāi)關(guān)被誤觸發(fā)而導(dǎo)致設(shè)備異常停機(jī)，PLC 程序內(nèi)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行2 s時(shí)間的過(guò)濾，被觸發(fā)的信號(hào)2 s內(nèi)自行恢復(fù)時(shí)，設(shè)備將保持運(yùn)行；當(dāng)被觸發(fā)的信號(hào)超過(guò)2 s 且CPC糾偏量超過(guò)設(shè)定值后，相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行停機(jī)，同時(shí)HMI畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示光柵信號(hào)狀態(tài)。

3.3 新增聲光報(bào)警器

為便于操作人員對(duì)帶鋼跑偏情況提前加以干預(yù)，操作室內(nèi)安裝聲光報(bào)警器，如圖4 所示。當(dāng)CPC的糾偏量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的60%時(shí)，操作室內(nèi)聲光報(bào)警器鳴笛提醒操作人員在HMI 畫(huà)面上對(duì)帶鋼偏移量進(jìn)行修正干預(yù)，以防止帶鋼跑偏現(xiàn)象的惡化，同時(shí)在HMI 畫(huà)面上增加聲光報(bào)警器“Reset”復(fù)位按鈕，PLC程序見(jiàn)圖5。

圖4 聲光報(bào)警器

圖5 聲光報(bào)警器相關(guān)程序

3.4 PLC程序的開(kāi)發(fā)及HMI畫(huà)面的優(yōu)化

本著“早發(fā)現(xiàn)、早干預(yù)，停出、入口設(shè)備不停爐”的原則，對(duì)原程序進(jìn)行優(yōu)化，新增帶鋼邊部檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)信號(hào)，當(dāng)CPC 的糾偏量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的40%時(shí)，活套內(nèi)降速至120 m/min，以便CPC 有足夠時(shí)間進(jìn)行糾偏；當(dāng)CPC 的糾偏量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的60%時(shí)，活套內(nèi)降速至60 m/min，中央段（爐區(qū)）由工藝速度降速至120 m/min，操作室內(nèi)聲光報(bào)警器鳴笛提醒操作人員在HMI 畫(huà)面上對(duì)帶鋼偏移量進(jìn)行修正干預(yù)；當(dāng)CPC 的糾偏量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的80%時(shí)，且?guī)т撨叢繖z測(cè)光電開(kāi)關(guān)同時(shí)被觸發(fā)后，入口或出口段設(shè)備方停機(jī)，中央段工藝速度降速至60 m/min，操作人員至現(xiàn)場(chǎng)切換至本地模式進(jìn)行干預(yù)；當(dāng)CPC 的糾偏量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的100%時(shí)，且?guī)т撨叢繖z測(cè)光電開(kāi)關(guān)同時(shí)被觸發(fā)后，出、入口段、中央段停機(jī)，以防止帶鋼刮蹭爐膛導(dǎo)致帶鋼撕裂，造成事故擴(kuò)大，PLC 程序如圖6 所示。為防止信號(hào)同時(shí)被誤觸發(fā)，通過(guò)在HMI 畫(huà)面上增加一鍵復(fù)位功能，操作人員在確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀況后，只需要點(diǎn)擊“Reset”按鈕，設(shè)備即可運(yùn)行。

圖6 PLC程序編寫(xiě)與設(shè)計(jì)（局部圖）

4 優(yōu)化效果

通過(guò)對(duì)活套帶鋼跑偏新增檢測(cè)方式及控制優(yōu)化，活套跑偏現(xiàn)象得到有效控制，自2019 年12 月優(yōu)化完成至2020 年9 月期間，未發(fā)生因活套跑偏而引發(fā)中央段停機(jī)或爐內(nèi)斷帶情況，保障了中央段的穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

以上介紹了活套帶鋼邊部跑偏檢測(cè)方法及糾偏措施。目前國(guó)內(nèi)幾乎所有的帶材糾偏檢測(cè)方法均比較單一，通過(guò)功能完善，可以達(dá)到智能化規(guī)避因帶鋼跑偏而導(dǎo)致的停爐風(fēng)險(xiǎn)，且通用性與可移植性較強(qiáng)，為操作及設(shè)備維護(hù)人員提供有力支撐。