帶鋼跑偏問題的研究

1、山西中北大學機電工程學院 梁國強 李世中 2、唐山遷安市思文科德薄板科技有限公司 楊維維

1 引言

在鋼卷運輸的過程中，經常會出現帶鋼偏離設備中心線及鋼卷運輸過程中翻卷的情況，這種跑偏現象直接影響生產的安全運行，造成設備損壞，降低設備的使用壽命，因此在對中控制系統中必須予以解決[1-2]。由于工業環境中系統的多樣性和復雜性，造成D帶鋼跑偏的因素多種多樣，主要有設備精度問題、帶鋼板型問題及張力控制問題[3]。原因不同，處理方法也不盡相同。因此，對于帶鋼跑偏及翻卷的問題必須系統地觀察、測量及統計，最終分析出造成帶鋼跑偏及翻卷的因素。

鋼卷的對中順控功能可由操作人員直接啟動，也可由2#步進梁進行啟動。由2#步進梁進行啟動時，在兩個步進梁動作前要選擇自動對中功能，操作人員需每次在步進梁動作之前進行選擇自動對中，此種控制方式的缺點在于，操作人員有時會忘記選擇該功能，未進行對中操作，同時，由于該按鈕位于觸摸屏上，在外界干擾等環境下有時不是很確定按鈕是否處于選中狀態，造成未進行對中操作。

2 相關設備的觀察及研究

2.1 步進粱處鋼卷對中功能

鋼卷在步進粱11#鞍座完成鋼卷對中功能，對中擺臂兩端各安裝一個超聲波傳感器，落下后用于測量鋼卷兩側的距離，對中鞍座根據超聲波傳感器實際測量的兩側位置偏差對鋼卷位置進行調整[4]，圖1為鋼卷對中的控制方法。其中，a為南側超聲波傳感器距鋼卷的距離；b為北側超聲波傳感器距鋼卷的距離。

圖1 鋼卷對中功能示意圖

根據長時間的觀察、統計發現，大部分的原料鋼卷在卷心附近存在溢出邊現象，同時，對中擺臂落下后大部分處于鋼卷溢出邊位置，造成鋼卷測量距離不準確。為解決這一問題，將對中擺臂測量位置進行了調整，使測量位置遠離鋼卷溢出邊位置，調整后測量對中后的鋼卷兩側距離偏差在允許范圍之內。

2.2 帶頭處理裝置功能

帶頭處理裝置對帶頭進行準備處理，方便后續穿帶。帶頭處理過程中，需要對鋼卷進行正反向轉動，因此，帶頭處理前后，兩側的距離可能會發生變化，與原料鋼卷及地輥的水平度等都有關系，通過對帶頭處理裝置處帶鋼帶頭處理前后進行的對比觀察，發現地輥旋轉前后鋼卷位置變化不大且無規律，排除了地輥水平旋轉造成的鋼卷跑偏問題。

2.3 鋼卷交接位

13#鞍座為鋼卷梭車運走鋼卷的位置，因其為十字鞍座，步進梁運送鋼卷到該位置時，如果跑偏，極易造成鋼卷梭車運輸過程中翻卷，若跑偏嚴重的情況下，鋼卷運送到該鞍座便會翻卷。通過對13#鞍座的分析、統計，發現大部分鋼卷在該鞍座處都會偏北30mm，為解決該問題對步進梁的步距進行了調整，由于步進梁移動造成的誤差是累積的，所以將步進梁的步距減小了15mm。

通過上述更改后發現鋼卷在進行對中操作后，運輸到13#鞍座時鋼卷處于中心位置，但是隨之也出現了一個新的問題，有時會出現對中擺臂落下后，不進行對中，擺臂直接抬起的現象，然而對程序查找未發現異常，之后將相關信號加入PDA曲線發現，由于超聲波傳感器的延遲特性，對中擺臂落下，超聲波傳感器檢測到鋼卷后，測量的實際距離不能立刻更新，造成兩側測量的值相同，無法進行對中動作，導致鋼卷跑偏。

3 解決超聲波傳感器延時特性的PLC程序

3.1 PLC程序設計

研究超聲波傳感器延時特性問題，有利于解決鋼卷跑偏問題，在編制PLC程序時，采用的是對中擺臂落下1秒后才可啟動對中功能，此時測量的值才是實際測量的真實值，保證了控制的精確度，PLC控制程序中解決超聲波傳感器延時特性的程序流程圖如圖2所示。

圖 2優化后的鋼卷對中功能示意圖

按照上述流程圖，可以利用STEP7軟件在西門子400系列CPU416-2DP的PLC上開發控制程序。圖3為加延時環節的對中程序。

圖3 加延時環節的對中程序

為了防止人為的不確定因素造成的鋼卷跑偏情況發生，將鋼卷的對中功能設置為全自動，不用人為干預。同時，在設備出現故障，對中操作執行到一半被中斷后，也要進行對中操作，防止由于未對中造成的鋼卷跑偏，在程序中加入聯鎖，未進行對中操作步進梁不允許動作，如圖4所示。

圖4 程序中加入聯鎖

3.2 采用PLC控制的效果

在采用PLC控制之前，由于現場環境、原料、設備儀器等影響，造成人工控制的不及時性和設備的不可靠性[5]，甚至忘記選擇自動對中功能，未進行對中操作，而在采用PLC控制之后，能夠及時有效地防止鋼卷跑偏問題的發生。

4 結論

排除了帶頭處理裝置造成的鋼卷跑偏，預防了人為因素造成的鋼卷跑偏，開發了全自動對中程序，降低了人工勞動強度，提高了系統的可靠性。找出了步進梁前進距離造成的鋼卷跑偏，并進行了處理；找出了原料鋼卷溢出邊造成的距離檢測錯誤導致的鋼卷跑偏，對測量位置進行調整，并利用STEP7軟件在西門子 400系列CPU416-2DP的PLC上開發了由于調整測量位置后凸顯出的超聲波傳感器延時特性的控制程序。

[1]鄒鳳欣,楊溪林,高增雪等.基于電感式位置檢測原理的帶鋼糾偏控制方法[J].冶金自動化,2006（4）:37-39.

[2]鄒鵬程,陳建華,齊杰斌等.冷軋處理線帶鋼糾偏控制系統研究 [J].礦冶,2013.22（增刊）：202-204.

[3]傅作寶.冷軋薄鋼板生產[M].北京：機械出版社,2005：25-35.

[4]柴俊英,于革剛,劉明利等.包裝能力90萬t/年的鋼卷包裝機組設計方案研究[J].冶金設備,2007特刊:30-33.

[5]蔣炳炎,胡文東,馮旭山等.酸溫滯后問題的PLC控制 [J].中南大學學報,2004.35(2):249-252.