關(guān)于熱軋平整自動卸卷的研究

畢崇洋

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

0 引言

冶金行業(yè)中，熱軋卷必須經(jīng)過平整加工后才能得到高質(zhì)量產(chǎn)品，所以熱軋產(chǎn)線會配備一套平整機組。平整機組主要生產(chǎn)工藝流程為入口準(zhǔn)備、上卷穿帶、平整矯直、卸卷、打包噴號，其中卸卷小車是平整機的重要設(shè)備，其主要作用是將卷取機上鋼卷自動運輸至出口步進梁十字鞍座上，由于是單卷取機生產(chǎn)，卸卷過程中平整機無法進行生產(chǎn)，所以卸卷小車運行效率直接關(guān)系平整機組的運行效率。卸卷小車現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)全自動卸卷，而自動卸卷經(jīng)常發(fā)生故障停止，將嚴(yán)重影響卸卷效率，所以保障卸卷小車高效穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

1 卸卷小車工作原理

卸卷小車主要功能是，從卷取機卷筒上接收鋼卷并將鋼卷運送至出口步進梁十字鞍座。其中，卸卷小車行走采用變頻電機作為驅(qū)動裝置，變頻電機安裝在卸卷小車上，通過拖鏈帶動卸卷小車車輪行走，行進速度通過一級設(shè)定發(fā)送至變頻器實現(xiàn)調(diào)整。行走位置采用激光測距儀檢測，通過一級PLC 系統(tǒng)實現(xiàn)行走位置控制。卸卷小車升降采用液壓缸控制，液壓缸內(nèi)置磁尺用于檢測小車升降實際位置。液壓系統(tǒng)采用比例閥控制升降速度，并配置解鎖閥，控制回路設(shè)置高低壓切換閥。卸卷小車上升過程中采用低壓控制，避免將卷取機卷筒頂變形，采用壓力控制檢測是否接觸鋼卷；當(dāng)液壓缸壓力達(dá)到設(shè)定值時，系統(tǒng)判斷鋼卷車接觸到鋼卷，并停止上升、切換為高壓模式，避免卸卷小車液壓缸溜位。

2 自動卸卷控制流程

當(dāng)卷取機卷筒鋼卷準(zhǔn)備好后，由操作人員點擊自動卸卷按鈕，開始自動卸卷流程（圖1）。首先判斷卸卷車位置，卸卷車在初始位時，需要后退到卷取機位置接卷位，然后提升接卷，如果卸卷車在卷取機接卷位，則直接提升接卷。

圖1 自動卸卷流程

卸卷車提升過程中，首先采用快速提升，并根據(jù)鋼卷卷徑計算出減速位置，達(dá)到減速點后慢速上升。減速點計算（卸卷車鞍座與卷筒中心距離-鋼卷半徑+20 mm）。當(dāng)卸卷小車鞍座與鋼卷接觸后，壓力達(dá)到設(shè)定值，卸卷小車停止上升，卷取機卷筒縮徑，卷取機壓輥設(shè)備打開，卷取機卷筒外支撐打開。當(dāng)卷取機壓輥以及外支撐全部打開到位后，卸卷小車載卷向外行走離開卷取機。卸卷小車在卷取機范圍內(nèi)采用低速前進，防止鋼卷與卷筒剮蹭掉卷，當(dāng)卸卷小車離開卷取區(qū)域后，切換為高速行駛，行駛到中間位置后，卸卷車進行二次提升，提升高度超過出口十字鞍座高度。提升完成后繼續(xù)前進，前進到位后將卸卷小車下降，將鋼卷放置到十字鞍座上。此時進行一次判斷，根據(jù)下一卷帶鋼厚度判斷卸卷車停車位置，當(dāng)帶鋼厚度大于2 mm 時，將鋼卷車停至等待位，鋼厚度小于等于2 mm 則時，停止卷取機下方。

3 自動卸卷改善

這種單卷取機的結(jié)構(gòu)必須等上一卷完全卸出后才能執(zhí)行下一卷的穿帶，所以自動卸卷速度的提升以及故障減少是熱軋平整機產(chǎn)能提升的關(guān)鍵，自動卸卷的改進和提升至關(guān)重要，經(jīng)過對自動卸卷流程的分析發(fā)現(xiàn)，可以從以下6 個方面進行改進。

3.1 卸卷小車運行速度提升

通過對卸卷小車全流程的分析，可以發(fā)現(xiàn)卸卷小車來回行走在整個流程中花費時間最長。所以合理提高運行速度可以有效減少卸卷時間。其中可以從兩個方面加以改善，一是卸卷小車速度的優(yōu)化，二是位置的優(yōu)化。卸卷小車總行程為7 m，實際行走速度為0.2 m/s。通過研究設(shè)備發(fā)現(xiàn)，并未達(dá)到設(shè)計上限，可將速度提升至0.3 m/s。但隨著速度的提升會帶來卸卷位置偏離中心線的問題，對于后面的步進梁運輸會帶來倒卷的風(fēng)險。而造成此種問題主要原因為速度提升以后，沒有對應(yīng)調(diào)整減速點以及減速斜坡，造成設(shè)置參數(shù)不合理。卸卷小車運行主要通過PLC發(fā)送控制命令，由變頻器驅(qū)動電機帶動小車運行。運行時由PLC發(fā)送斜坡信號，小車按照一定加速度提升至最大運行速度，在以最大速度行駛一段距離后，到達(dá)設(shè)定減速點并開始按照斜坡信號減速，轉(zhuǎn)至低速運行，低速運行一段距離后再減速運行，最終停止在目標(biāo)位置。隨著運行速度的提升，卸卷小車仍按照原來減速點減速，會造成小車還未完成減速就已經(jīng)超過目標(biāo)位置。所以通過將減速點提前，并增加斜坡斜率可以有效解決上述問題，實現(xiàn)速度的提升。

3.2 卸卷車初始位置改進

卸卷小車最初設(shè)置的等位位置在卷取機外側(cè)，主要目的是為了避免卷取設(shè)備與卸卷小車之間發(fā)生干涉，但此設(shè)計不能滿足快節(jié)奏生產(chǎn)的要求。通過對卷取機壓輥以及穿帶導(dǎo)板等設(shè)備的改進，可以使卸卷小車在卷鋼過程中停進卷取機內(nèi)部。這樣可以節(jié)省卸卷車啟動進入卷取機的時間，避免設(shè)備等待，每卷能夠節(jié)約時間12 s。通過上述改善可以將卸卷時間減少至30 s，生產(chǎn)效率大大提高。

3.3 解決鋼卷內(nèi)塔問題

（1）卸卷過程中鋼卷與卷筒卡阻，卸卷小車無法帶動鋼卷運行，甚至?xí)斐射摼韮?nèi)塔問題。卸卷小車升降主要由PLC 輸出信號，通過控制比例閥、解鎖閥和高低壓切換閥實現(xiàn)升降控制。PLC 發(fā)出模擬量信號控制比例閥輸出，同時打開解鎖閥，使油路通暢，高低壓切換閥一直處于低壓狀態(tài)，主要為了防止壓力過大造成，卷筒設(shè)備損壞此時卸卷車以低壓低速上升。停止信號主要通過現(xiàn)場壓力開關(guān)判斷，當(dāng)卸卷小車接觸到鋼卷后，壓力到達(dá)壓力開關(guān)設(shè)定值，發(fā)送信號給PLC。此時PLC 停止比例閥信號輸出，關(guān)閉解鎖閥，同時將高低壓切換閥切換到高壓模式，防止小車溜位。將鋼卷運出卷取機后再高壓舉升至鞍座高度，運行至鞍座位置后將鋼卷放置在鞍座上，隨后高速下降至最低位置。其中主要會發(fā)生兩方面問題。其中在卸卷小車升降啟動過程中，由于液壓系統(tǒng)的波動，卸卷小車壓力會瞬間提升隨后恢復(fù)正常水平。這一瞬間就能觸發(fā)壓力開關(guān)信號，并將信號傳至PLC，此時程序會判斷已經(jīng)接卷并開始執(zhí)行下一步命令，造成卸卷失敗。通過PLC 增加一段濾波程序，可以解決這一問題。在接收到信號后，維持超過0.5 s 后才開始執(zhí)行下一段命令，可以有效解決瞬時信號干擾問題。

（2）在卷筒漲徑卸卷小車在接觸到鋼卷后，向上的作用力會使卷筒發(fā)生輕微的變形，當(dāng)卷筒縮徑后，由于鋼卷與卷筒之間出現(xiàn)孔隙，會使卷筒變形回彈。在卷取機外支撐打開后，卸卷小車單獨托舉鋼卷，會造成鋼卷上下位置的偏移。多重因素影響則會造成卷筒與鋼卷接觸，卸卷困難。通過研究發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)大于20 t 的卷時，卸卷時卷筒上表面多與鋼卷接觸；生產(chǎn)小于20 t 鋼卷時，卷筒下表面多與鋼卷接觸。所以可以判斷與卸卷車壓力設(shè)定有關(guān)。但是卸卷車壓力采集的為現(xiàn)場數(shù)字量信號，無法進行精確調(diào)節(jié)，所以采取延時觸發(fā)的方法解決該問題。首先調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力，確保在最小卷并且觸卷停止上升信號延時為0 的情況下能正常卸卷，根據(jù)卷取機生產(chǎn)卷重信息設(shè)置不同重量區(qū)間，根據(jù)不同的重量區(qū)間將觸卷停止上升信號設(shè)置不同延時。根據(jù)實際生產(chǎn)情況，調(diào)節(jié)重量區(qū)間分布以及延時時間，最終實現(xiàn)卸卷成功率的大幅提升。

3.4 開發(fā)手動處理后自動卸卷功能

在自動卸卷過程中，針對上述問題的發(fā)生，難免會出現(xiàn)手動干預(yù)的情況，一旦手動干預(yù)后整個自動流程停止，需要操作工完成卸卷、小車的橫移升降以及卷取設(shè)備的復(fù)位，增加了操作人員的負(fù)擔(dān)，并且卸卷效率大大降低。因此，全新開發(fā)了一種手動干預(yù)后自動卸卷的功能。主要觸發(fā)條件為，卷取機壓輥處于等待位，卷取機卷筒縮徑，卷取機外支撐打開，卸卷小車在卷取機范圍內(nèi)，當(dāng)操作人員完成必要操作后，無其他干擾時可以再次觸發(fā)自動卸卷功能，自動完成鋼卷車“前進—舉升—前進—下降—回位”的流程。

3.5 增加聯(lián)鎖保護程序

卸卷小車增加聯(lián)鎖保護功能是保障卸卷小車正常自動運行的保障。原有聯(lián)鎖保護只能保證卸卷小車運行過程中與其他設(shè)備之間無相互干涉，但是在實際自動控制運行時，往往能暴露出一些不易發(fā)現(xiàn)的問題。通過聯(lián)鎖優(yōu)化修改，可以保證自動卸卷高效穩(wěn)定的運行。自動卸卷的前提條件就是需要鋼卷生產(chǎn)完成，如果機架內(nèi)還有帶鋼就啟動自動卸卷，則無法將鋼卷卸出卷取機，嚴(yán)重時會損壞設(shè)備，所以在卷取機前增加一組光柵用于檢測機架內(nèi)帶鋼，并將檢測信號傳入PLC 的卸卷小車自動運行啟動聯(lián)鎖中。卸卷小車行走位置主要靠激光測距儀檢測。激光測距儀安裝在卷取機下方，激光打在卷取機車體上。激光測距檢測雖然精準(zhǔn)，但是容易受到外部因素的干擾，當(dāng)有異物掉落時容易造成檢測數(shù)值的跳變，嚴(yán)重時會造成卸卷小車未移動到位便開始下降，有掉卷的風(fēng)險。所有需要避免激光測距數(shù)值異常對卸卷的影響，在程序中增加濾波功能可以有效防止激光測距數(shù)值跳變。同時增加聯(lián)鎖保護，當(dāng)激光測距儀數(shù)值異常后，直接斷開卸卷小車自動運行聯(lián)鎖，等異常處理后再恢復(fù)。

3.6 卷取精確定尾功能

卸卷時，帶鋼尾部自動定位是確保卸卷成功的關(guān)鍵。自動定尾的流程是，帶鋼根據(jù)設(shè)定，尾部停在分切剪前，分切剪啟動剪切。帶尾剪切后，卷取自動定尾啟動，卷取機開始收卷，夾送輥壓住帶鋼保證卷取張力，卷取機下壓輥啟動確保收尾時壓住帶尾，卷取機確保帶尾停在合適位置。如果帶尾靠前，卷取機壓輥無法壓住帶尾，將造成鋼卷外圈松卷無法卸卷，需要點動卷取機手動將帶尾停在合適位置，影響卸卷效率，如果帶尾靠后，則帶頭外翹，后續(xù)影響打包以及步進梁的運輸，嚴(yán)重時會剮蹭設(shè)備，造成設(shè)備損壞。所以，帶尾精確定位至關(guān)重要。

從圖2 可知，自動定尾帶鋼長度L=L1+L2+L3+L4，其中，L1為帶鋼在出口轉(zhuǎn)向夾送輥下輥接觸的長度，L2為出口轉(zhuǎn)向夾送輥到卷取機之間的帶鋼長度，L3為卷取機上帶鋼到尾部的長度，L4為分切剪到夾送輥的長度。自動定位計算過程如下：

圖2 卷取自動定尾模型

（1）已知夾送輥半徑r1，夾送輥中點與卷取機卷筒中點高度差x、水平距離y。

（2）卷取機上鋼卷半徑R1可在生產(chǎn)過程中計算得出，其中卷取機與夾送輥線速度相等，夾送輥角速度ω1、卷取機角速度ω2通過設(shè)備上的編碼器測得。

其中，L1長度可以通過夾送輥半徑乘以接觸帶鋼所對應(yīng)角度計算，L1=（π-a-b)r1；角a 可根據(jù)已知x、y 距離計算得出，a=；角b 可根據(jù)計算出的L2長度以及對應(yīng)的R1-r1距離計算得出，。

（4）根據(jù)已知角度，可以計算得出L3。

（5）L4為分切剪到夾送輥直線固定距離。

4 結(jié)束語

通過對自動卸卷的研究，對卸卷小車運行速度的提升，卸卷車初始位置改進，卸卷過程抽芯造成鋼卷內(nèi)塔問題解決，開發(fā)手動處理后自動卸卷功能，增加連鎖保護程序，實現(xiàn)卷取精確定尾功能等方面的改進，實現(xiàn)了自動卸卷的高效穩(wěn)定運行。