輥式鋼管矯直機(jī)電控系統(tǒng)研究與應(yīng)用

摘要：無縫鋼管在軋制及熱處理等環(huán)節(jié)中容易產(chǎn)生各種輕微的彎曲變形，因此必須通過鋼管矯直機(jī)對(duì)彎曲的鋼管進(jìn)行矯直。矯直是鋼管生產(chǎn)中的重要工序。本文主要介紹了太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司不銹鋼無縫管廠矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)和組成。論述了改矯直機(jī)在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：冷矯直機(jī)；應(yīng)用；故障

中圖分類號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

無縫鋼管在軋制及熱處理等環(huán)節(jié)中容易產(chǎn)生各種輕微的彎曲變形，因此必須通過鋼管矯直機(jī)對(duì)彎曲的鋼管進(jìn)行矯直。矯直是鋼管生產(chǎn)中的重要工序。特別是API標(biāo)準(zhǔn)的石油套管和油氣管，精度要求較高的輥道管，機(jī)械設(shè)備專用管，不但在鋼級(jí)和焊縫質(zhì)量上有嚴(yán)格的要求，對(duì)鋼管的直線度也有很高的要求，因?yàn)橹本€度的偏差直接關(guān)系到油套管和輸送管的管端螺紋和管箍的加工，連接。現(xiàn)有管端車絲的兩種加工形式—管子旋轉(zhuǎn)和刀具旋轉(zhuǎn)，大多數(shù)車絲加工采用的是管子旋轉(zhuǎn)，這對(duì)于鋼管的直線度就要求更高。

1 工藝描述

成捆鋼管放到前臺(tái)上料臺(tái)架上，由人工控制氣缸驅(qū)動(dòng)的散料機(jī)構(gòu)對(duì)鋼管進(jìn)行散料；擋料撥料裝置將鋼管單根撥入前臺(tái)導(dǎo)槽并延時(shí)落下；前臺(tái)光電開關(guān)檢測(cè)到有料進(jìn)入可開合導(dǎo)槽閉合，前臺(tái)喂料夾送輥閉合將鋼管送入主機(jī)進(jìn)行矯直。當(dāng)鋼管頭部經(jīng)過主機(jī)第一對(duì)矯直輥時(shí)，前臺(tái)喂料夾送輥打開；當(dāng)鋼管尾部經(jīng)過主機(jī)尾輥光電開關(guān)時(shí)，后臺(tái)出料夾送輥延時(shí)閉合把鋼管輸送出后臺(tái)。當(dāng)矯直機(jī)后臺(tái)光電開關(guān)檢測(cè)到鋼管離開后臺(tái)出料夾送輥時(shí)，后臺(tái)夾送輥打開，后臺(tái)可開合導(dǎo)槽打開，鋼管靠自重通過斜臺(tái)架滾入柔性料框，一個(gè)矯直循環(huán)完成。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.1 上料臺(tái)架及擋料撥料裝置

上料臺(tái)架及擋料撥料裝置的作用是接受成捆來料，并將來料散開，然后通過撥料裝置將鋼管單根撥入矯直機(jī)前臺(tái)。上料臺(tái)架包括受料散料架、過渡存料臺(tái)架；擋料撥料裝置包括可調(diào)節(jié)擋料給料裝置、撥料器等。受料架寬度1～1.8m。

2.2矯直機(jī)前臺(tái)及導(dǎo)衛(wèi)裝置

前臺(tái)的作用是接受上料臺(tái)架輸送來的鋼管并將其準(zhǔn)確送入矯直機(jī)主機(jī)，同時(shí)防護(hù)裝置對(duì)鋼管起限制作用，防止鋼管在矯直過程中甩動(dòng)傷人。前臺(tái)包括開合圓型封閉導(dǎo)槽、底座、喂料夾送輥等。可開合導(dǎo)槽內(nèi)部空間大小通過手動(dòng)調(diào)節(jié)與管材規(guī)格相適應(yīng)。導(dǎo)槽內(nèi)襯有軟保護(hù)材料。主機(jī)入口位置采用1對(duì)斜輥夾送輥喂料，喂料輥將放入其中的鋼管送入矯直機(jī)主機(jī)。喂料輥下輥通過交流電機(jī)減速機(jī)、萬向接軸傳動(dòng)，速度可調(diào)且與主機(jī)相適應(yīng)。上輥為被動(dòng)輥，由氣缸驅(qū)動(dòng)升降。根據(jù)鋼管外徑不同，喂料輥上輥開口度大小可以手動(dòng)調(diào)節(jié)。矯直過程中喂料夾送輥打開，送料時(shí)閉合。

3 電控系統(tǒng)

矯直機(jī)電氣控制系統(tǒng)完成包括矯直機(jī)速度控制、矯直輥轉(zhuǎn)角控制、位置控制、機(jī)組自動(dòng)化控制等。電控設(shè)備包括交流柜、PLC、開關(guān)柜、繼電柜、操作臺(tái)（操作臺(tái)臺(tái)面為不銹鋼）等。

3.1 傳動(dòng)控制系統(tǒng)

①上、下矯直輥分別由一臺(tái)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)裝置選用西門子全數(shù)字交流調(diào)速裝置，滿足在空載時(shí)兩臺(tái)電機(jī)的速度同步要求，負(fù)載時(shí)兩臺(tái)電機(jī)的負(fù)荷均衡。

②傳動(dòng)裝置配置通訊板，與PLC通訊采用PROFIBUS。兩臺(tái)電機(jī)空載時(shí)速度同步，負(fù)載時(shí)的力矩平衡，大大降低了矯直輥不均勻磨損。系統(tǒng)為閉環(huán)控制，大大提高電機(jī)在低速和高速時(shí)的控制精度，有利于提高矯直過程的穩(wěn)定性和矯直精度，增加矯直輥壽命。

③系統(tǒng)通過配置通訊板實(shí)現(xiàn)與PLC可編程序控制器通訊，大量數(shù)據(jù)信息如：控制指令、設(shè)定值、裝置工作狀態(tài)、實(shí)際值、故障時(shí)的故障診斷信息等數(shù)據(jù)均通過網(wǎng)絡(luò)與PLC交換。

④豐富的故障診斷功能，在系統(tǒng)中設(shè)置多達(dá)數(shù)十種的故障診斷與報(bào)警，任何常見故障都可被準(zhǔn)確地判斷出來，如：失測(cè)速、電源缺相等，使系統(tǒng)的維護(hù)工作量大大減少。

3.2 PLC控制系統(tǒng)

① 矯直機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)使用一套PLC裝置。PLC控制系統(tǒng)選用西門子公司生產(chǎn)的S7-300系列，采用遠(yuǎn)程I/O控制方案，實(shí)現(xiàn)機(jī)組程序控制。在控制系統(tǒng)中將遠(yuǎn)程I/O模塊分散配置于系統(tǒng)各控制柜、操作臺(tái)內(nèi)。

②PLC主要功能：

機(jī)組順序及工藝聯(lián)鎖控制：負(fù)責(zé)整個(gè)機(jī)組的工藝自動(dòng)化操作，包括各系統(tǒng)的啟、停控制，相互間的連鎖，矯直機(jī)前后輔機(jī)的控制等。設(shè)備檢測(cè)，電磁閥的控制：采用遠(yuǎn)程I/O模塊控制。事故時(shí)PLC作出相應(yīng)的處理。主令控制及狀態(tài)顯示：通過配置在操作臺(tái)內(nèi)的遠(yuǎn)程I/O模塊接收處理來自操作臺(tái)上的操作控制指令并傳送至PLC，PLC根據(jù)操作指令及相應(yīng)的聯(lián)鎖條件對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行主令控制。

3.3 故障檢測(cè)及分類報(bào)警

PLC通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集傳動(dòng)系統(tǒng)等的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷系統(tǒng)各部分是否處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)故障時(shí)，PLC將根據(jù)檢測(cè)到的故障及矯直機(jī)目前的工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)和報(bào)警提示。網(wǎng)絡(luò)通訊：通過配置相應(yīng)的通訊模塊完成與遠(yuǎn)程I/O、傳動(dòng)系統(tǒng)的通訊。

4 自動(dòng)控制系統(tǒng)

矯直機(jī)控制主要分為上料，下料輔助系統(tǒng)控制，矯直機(jī)輔助調(diào)整控制（即角度、輥縫調(diào)整控制）和矯直機(jī)本體主傳動(dòng)控制。對(duì)于矯直機(jī)本體直流傳動(dòng)的控制，其控制精度直接關(guān)系到矯直機(jī)組矯直產(chǎn)品的質(zhì)量。因此其控制方案至關(guān)重要。該項(xiàng)目中采用siemens公司經(jīng)過大量工程項(xiàng)目驗(yàn)證的具有高可靠性的DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并充分利用其強(qiáng)大，方便的編程軟件step7編程，有效方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)組主傳動(dòng)裝置（6RA70）的實(shí)時(shí)同步調(diào)整。由于速度是通過PLC換算，采用數(shù)字方式給到傳動(dòng)裝置中，因此不存在采用模擬量速度控制模式中的零點(diǎn)漂移和易于受環(huán)境干擾等問題。

結(jié)語

該矯直機(jī)調(diào)試完成后正式運(yùn)行，本矯直機(jī)自動(dòng)運(yùn)行良好。矯直機(jī)的完全自動(dòng)控制可以降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的要求。同時(shí)，還可以提高矯直機(jī)的性能，提供更好的矯直效果，提升企業(yè)競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1] 于風(fēng)琴.鋼管矯直機(jī)力能參數(shù)研究[J]．鋼管，2008，37，（5）：26-29．

[2] 黃建國，呂 昌．無縫鋼管矯直分析[J].包鋼科技，2007，33（2）：20-21．

[3] 李坤.西門子PLC在變頻器通訊中的應(yīng)用[J].商品儲(chǔ)運(yùn)與養(yǎng)護(hù)，2008（7）：94-95.．