LD-30電控冷軋管機送進與回轉控制系統的改進

王 偉

作者通聯：西部鈦業有限責任公司 西安市 710016

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瑞安新型LD-30電控冷軋管機，是在液壓或機械傳動的基礎上，依據我國冷軋管機的需求研制而成的。該設備工藝先進、結構簡單、性能穩定、操作簡便、生產效率高（120次/min），但由于回轉及送進系統測量編碼器為長期工作器件，其聯軸器易松動，松動后編碼器計數不準，易引起主電路電機誤動作，輕微時損壞主電路固態繼電器等電氣元件，在管材表面產生劃痕，嚴重時會將芯棒及管坯一起扭曲變形，造成較大的損失。

1.設備工作原理

直流主電機經皮帶將動力傳送給主減速機，與主減速機輸入軸同軸相連著輔助減速機，該減速機的輸出軸上安裝著一個位置控制盤，用來調整送進、回轉動作在機架往復運動期間的起始位置。位置控制盤的轉動周期與工作機架的往復周期是相同的，位置控制盤的形狀如圖1。

當軋機工作時，位置控制盤轉動，控制盤上90°突出部分周期性地觸發與其垂直的接近開關（X006）。X006 接通時，執行程序段 1（圖 4a）、2（圖 5a），Y014、Y016輸出，使固態繼電器 SSR1、SSR3導通（圖 2），開始送進、回轉。當送進、回轉電機同軸安裝的增量編碼器輸出脈沖數達到C235～C240設定值時，Y014、Y016停止輸出，SSR1、SSR3 關斷，Y015、Y017 輸出，SSR2、SSR4導通，送進、回轉剎車（能耗制動），能耗制動電流由R1及R2限制。X000～X005是三菱PLC FX1N內部高速計數器的輸入端，它們對應著高速計數器C235～C240。轉動送進量選擇開關KK（圖3），使其滑動端接至X000～X004中的任一個，可選擇不同的計數器設定值，它們分別對應著五種送進量。X005為回轉計數器C240的脈沖輸入端。程序（圖5）中：X026為主機電機風機熱保護，M4為送進回轉啟動信號，M5為送進小車前進信號，M6為送進小車后退信號，M11為工藝潤滑油泵啟動信號及送進回轉電機電樞過流信號，M13為送進回轉電機失磁保護。在正常軋制過程中上述常閉觸點的狀態不變，常開觸點閉合。

2.故障分析

如果在軋機工作時，編碼器突然損壞或編碼器聯軸器松動及送進脈沖輸入信號線斷，都會引起計數脈沖不足。此時如果機架中的軋輥已將管坯牢牢壓死，但PLC中的計數器未記錄夠設定的脈沖數，PLC會認為機架仍在后伺點附近，繼續為送進、回轉電機供電，直到位置控制盤突出的90°部分轉過接近開關。主電機的轉速越低，接近開關接通時間越長，送進、回轉過載時間也就越長，芯棒較細時，芯棒及管坯扭曲變形的概率越大；芯棒較粗時，SSR發熱損壞的可能性越大。主電機的轉速越高，接近開關接通的時間越短，送進、回轉電機通電時間也就越短，送進過載時間也就越短，SSR損壞的可能性就越小。但會因為機架已經遠離后伺點，軋輥與管坯間隙減小或消失，送進回轉動作還沒有消失，管坯與軋輥間產生摩擦，管材外表面出現劃痕。這是不希望看到的。

3.改進方案

為了避免編碼器引起的以上問題，同時減少器件、簡化電路，降低故障率。使用開環控制系統替換原有的編碼器測量反饋系統。送進距離及回轉角度由PLC內部定時器控制，只要定時器時間設置合理，送進距離、回轉角度同樣能夠達到理想的效果。因為沒有了外部編碼器的故障影響，送進、回轉系統的可靠性得到大幅提高。

4.外圍硬件及程序改動

（1）在硬件上將送進及回轉測量編碼器拆除，送進量選擇開關KK（圖3）固定端a直接接+12V，X5閑置不用，其余不變。

（2）修改PLC程序。將程序段1由程序段3替換，程序段2由程序段4替換。因為PLC的定時器精度與程序的安排有關，如果定時器的觸點在線圈之前，精度將會降低。平均誤差為1.5個掃描周期。為此修改程序時程序段3應在程序段4前，并且中間沒有其他程序。程序段3中定時器T12～T17的延時時間控制送進、回轉電機的通電時間即送進量和回轉角度，可根據實際需要，在現場試驗獲得。應注意的是延時時間不能超過X006的接通時間，如果超過，在機架往復速度慢時送進量和回轉角度會超過正常軋制時的正常值；在機架往復速度較快時，送進、回轉又會失去剎車動作。以120次/min的機架最高往復速度為標準，位置控制盤轉過90°的時間t=125ms。因為送進、回轉電機的供電電壓已使送進回轉系統完全具備在125ms內完成送進、回轉及剎車的能力，所以定時器延時時間只要小于90ms就可以了，剩余的35ms留給能耗制動也是充裕的。

5.結束語

在某些特殊情況下，合理利用PLC內部軟元件代替外部硬件的功能，不僅降低了控制系統的復雜程度使設備的可靠性得到大幅提升，同時減少了硬件維修、更新費用。簡化后的PLC外部控制線路，為設備維護人員快速準確的判斷、排除故障也提供了方便。

通過一年來對設備維修記錄及管材質量控制卡片的統計和現場觀察，改進后的送進、回轉系統送進距離及回轉角度穩定可靠。由該軋機生產出得無縫管材內外表面均無劃痕，而且再未發生過因送進、回轉失控而引起的設備及管材質量事故。改進后，數臺同型號軋機每年可為公司節約的編碼器、工模具、鈦材損耗費用近兩萬元。 W10.01-27