萊鋼1500mm寬帶延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)電氣控制改造

周 東

作者通聯(lián)：萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司板帶廠 山東萊蕪市 271104

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一、萊鋼1500mm寬帶延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)

1.主要設(shè)備

該運(yùn)輸系統(tǒng)為后期配套工程，由大連重工2007年設(shè)計(jì)制造，主要是接收原運(yùn)輸系統(tǒng)的鋼卷并送至成品發(fā)貨區(qū)域，主要設(shè)備見圖1。

圖1 鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備組成

（1）步進(jìn)梁為液壓步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)，升降和平移分別采用電磁換向閥和比例閥控制。步進(jìn)梁步距控制時(shí)序?yàn)榈却恢谩【砥揭啤仙\(yùn)卷平移→下降→返回等待位置。8個(gè)接近開關(guān)進(jìn)行步進(jìn)梁等待位置、取卷減速、取卷停止、上升位置、運(yùn)卷減速等信號(hào)檢測(cè)。

（2）運(yùn)輸鏈將前一個(gè)步進(jìn)梁上鋼卷逐步運(yùn)送至下一個(gè)步進(jìn)梁。1#、2#運(yùn)輸鏈各由1臺(tái)75kW的YTSP315S-6型交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用110kW西門子6SE7032-1EG60變頻器，V/F控制模式。

2.存在的問題

（1）步進(jìn)梁。①升降用電磁換向閥流量不易控制，導(dǎo)致機(jī)械沖擊過大，檢測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定。②步進(jìn)梁平移過程中振動(dòng)，造成平移位置檢測(cè)用接近開關(guān)信號(hào)不穩(wěn)定，鋼卷在運(yùn)卷過程中掉落，影響生產(chǎn)。

（2）傳輸鏈。①電機(jī)V/F控制模式在低速運(yùn)行時(shí)電壓調(diào)整困難，調(diào)速范圍小，不能精確控制電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。運(yùn)輸鏈所帶鋼卷負(fù)載大且低速運(yùn)行，電機(jī)頻繁出現(xiàn)過流故障。②1#、2#運(yùn)輸鏈各有19個(gè)鋼卷支架，滿載狀態(tài)下負(fù)載重，其停止位置和定位檢測(cè)采用接近開關(guān)，由于機(jī)械設(shè)計(jì)原因，設(shè)備運(yùn)行中振動(dòng)大，接近開關(guān)檢測(cè)距離小，頻繁出現(xiàn)運(yùn)輸鏈不到位或超行程，影響運(yùn)卷，存在掉鋼卷的安全隱患。

（3）系統(tǒng)未設(shè)計(jì)和原運(yùn)輸系統(tǒng)的信息交換、控制，鋼卷運(yùn)輸上下工序銜接僅依靠?jī)蓚€(gè)操作臺(tái)人員口頭確認(rèn)，增大操作難度和危險(xiǎn)性，影響運(yùn)輸節(jié)奏。

由于上述問題，延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的手動(dòng)/半自動(dòng)/自動(dòng)3種工作模式，目前只能采取手動(dòng)操作，操作人員和維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。為此，決定對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

二、系統(tǒng)改造

1.步進(jìn)梁

（1）將步進(jìn)梁升降改用Rexroth公司ZDR 6 DP0-45/40YMV W80型比例伺服閥控制。比例閥可按輸入電氣信號(hào)連續(xù)、按比例的遠(yuǎn)距離控制油液壓力、流量和方向，一般具有壓力補(bǔ)償性能，確保輸出壓力和流量不受負(fù)載變化影響。利用軟件編程中功能塊，對(duì)比例伺服閥給定增加斜坡控制，通過4～20mA輸出信號(hào)改變比例閥閥口開度，從而平滑控制輸出流量，提高了設(shè)備的運(yùn)行精度和穩(wěn)定性，保證了檢測(cè)信號(hào)可靠穩(wěn)定。

（2）采用美國(guó)BANNER LT3PILV型激光測(cè)距傳感器（輸入電壓DC 24V，輸出信號(hào)4～20mA）檢測(cè)步進(jìn)梁平移液壓缸行程。控制系統(tǒng)采集傳感器輸出信號(hào)即可準(zhǔn)確判斷步進(jìn)梁平移取卷、運(yùn)卷位置，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)梁步距可靠控制和信號(hào)跟蹤。而且激光測(cè)距傳感器檢測(cè)液壓缸實(shí)際行程，不受步進(jìn)梁平移時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)偏差影響，穩(wěn)定性好，控制精度高。

2.運(yùn)輸鏈

（1）電機(jī)改為速度矢量閉環(huán)控制模式。①矢量控制變頻調(diào)速模式是將交流電機(jī)等效為直流電機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制，調(diào)速范圍大，響應(yīng)速度快，適于電機(jī)頻繁加、減速運(yùn)行情況。②電機(jī)速度反饋。保持變頻器配置和軟件程序不變，在1#、2#運(yùn)輸鏈電機(jī)非負(fù)荷端分別增裝1套倍加福RNI58N-0BAK1R61N-1024型速度編碼器，通過屏蔽電纜連接至變頻器X103：23-28（速度反饋輸入端子），采集電機(jī)實(shí)際速度。③參數(shù)設(shè)置和電機(jī)辨識(shí)。將電機(jī)控制模式參數(shù)P100=1改為P100=4（速度矢量閉環(huán)控制）；通過參數(shù) P130=11，P151=1024 設(shè)置編碼器類型及每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；自動(dòng)設(shè)置參數(shù)和電機(jī)識(shí)別P115=2（電機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)識(shí)別），電流調(diào)節(jié)器參數(shù) P283（增益）、P284（積分時(shí)間）自動(dòng)設(shè)置；P115=4（計(jì)算電機(jī)模型“空載測(cè)量”），P103（電機(jī)勵(lì)磁電流），P120（電機(jī)電感自動(dòng)調(diào)整）；P115=5（計(jì)算電機(jī)模型“調(diào)節(jié)器優(yōu)化”），速度調(diào)節(jié)器P235（增益）、P240（積分時(shí)間）自動(dòng)設(shè)置。

（2）采用編碼器定位檢測(cè)。經(jīng)過充分論證，分別在1#、2#運(yùn)輸鏈電機(jī)減速機(jī)端安裝1輸出軸，用于固定瑞士宜科公司EAM58G10-GS6XPCR-8192 SSI型絕對(duì)值型編碼器（圖1虛線框），通過屏蔽電纜分別連接至PLC模擬量模塊。程序?qū)⒕幋a器讀數(shù)和運(yùn)輸鏈每運(yùn)送1支鋼卷的步距距離進(jìn)行對(duì)應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量運(yùn)輸鏈每運(yùn)送1支鋼卷的實(shí)際步距距離為4.8m，對(duì)應(yīng)編碼器讀數(shù)為10930。軟件設(shè)計(jì)運(yùn)輸鏈電機(jī)運(yùn)行速度為梯形控制，初始速度以一定斜率加速到設(shè)定速度運(yùn)行，編碼器實(shí)際值與步距距離（對(duì)應(yīng)10930）比較，若變化率＜0.3%，則速度降低以一定斜率減速到停止位置,實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸鏈自動(dòng)停止和準(zhǔn)確定位。程序設(shè)計(jì)見圖2。

3.網(wǎng)絡(luò)化控制

基于SIEMEN控制技術(shù)，采用SIMATIC NET工業(yè)以太網(wǎng)和原生產(chǎn)線運(yùn)輸系統(tǒng)PLC540主站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)交換。鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)分為兩級(jí)（圖3）：①以太環(huán)網(wǎng)。由PLC610主站、8CS HMI、9CS HMI組成。②DP網(wǎng)。軟件編程通過發(fā)送、接收功能塊完成控制字和狀態(tài)字的發(fā)送和接受，PLC540主站和PLC610主站實(shí)施網(wǎng)絡(luò)信息交換后，鋼卷運(yùn)送到步進(jìn)梁后面回轉(zhuǎn)臺(tái)，回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)到位自動(dòng)發(fā)送控制信號(hào)位，觸發(fā)延跨鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)1#步進(jìn)梁自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)鋼卷全區(qū)域自動(dòng)運(yùn)輸。

圖2 程序設(shè)計(jì)框圖

三、改造效果

2008年6月鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)完成改造、調(diào)試，經(jīng)過運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

（1）減緩了對(duì)機(jī)械設(shè)備的慣性沖擊，系統(tǒng)故障率降低70%，作業(yè)率提高25%。

（2）鋼卷運(yùn)輸步距控制和自動(dòng)定位控制可靠準(zhǔn)確，鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，產(chǎn)量提升40t/h。

（3）備件更換率明顯降低，月節(jié)約備件費(fèi)用1.8萬余元。

（4）運(yùn)輸鏈電機(jī)通過參數(shù)設(shè)置，電機(jī)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)識(shí)別后，系統(tǒng)響應(yīng)特性快，運(yùn)行電流波動(dòng)范圍＜5%，過流故障消除。

1 王大海、段方民、王峰.步進(jìn)梁式加熱爐鋼坯定位控制系統(tǒng)[J].冶金自動(dòng)化，2004（4）

2 孫平.PLC步進(jìn)定位控制系統(tǒng)[J].電工技術(shù)，2002（2）