連鑄連軋生產(chǎn)線卷取機(jī)芯軸電機(jī)抱閘控制的改進(jìn)

王新朋，劉金芝

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

熱軋生產(chǎn)線有兩臺(tái)卷取機(jī)，為實(shí)現(xiàn)帶鋼尾部在卷取機(jī)芯軸的精確位置控制，芯軸傳動(dòng)電機(jī)安裝了抱閘，抱閘的動(dòng)作由電機(jī)傳動(dòng)柜和抱閘柜控制。但在生產(chǎn)中，多次發(fā)生因抱閘柜電氣元器件故障使芯軸突然停車，造成卷取機(jī)內(nèi)堆鋼，由于堆鋼難以在短時(shí)間內(nèi)處理完成，會(huì)導(dǎo)致連鑄停澆的嚴(yán)重事故。元件故障還會(huì)使抱閘線圈燒壞。由于抱閘是進(jìn)口設(shè)備，造價(jià)很高，同時(shí)更換抱閘費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要大量的熱停工時(shí)間，直接影響了企業(yè)的成本和產(chǎn)能。為了避免類似事故的發(fā)生，本次改進(jìn)主要著眼于研究提高抱閘柜控制元器件的可靠性的方法，力求通過(guò)對(duì)抱閘柜的技術(shù)改造，避免因元件故障造成卷取機(jī)內(nèi)堆鋼事故和抱閘燒壞，并且能夠快速排查故障點(diǎn)，以最快的速度恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行，為企業(yè)的生產(chǎn)順行提供有力保障。

1 抱閘控制原理

（1）芯軸自動(dòng)定尾控制。芯軸卷取帶鋼完成后，進(jìn)行兩次自動(dòng)定尾控制，使帶鋼尾部停在需要的位置。如果尾部沒(méi)有停止在預(yù)定位置，芯軸將再次旋轉(zhuǎn)執(zhí)行此動(dòng)作。帶鋼尾部精確的停在預(yù)定位置，便于卸卷小車平滑地卸卷。另外，能夠使帶卷打包時(shí)壓緊尾部。

（2）抱閘控制時(shí)序。卷取機(jī)芯軸起動(dòng)運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)電機(jī)逆變器的抱閘打開(kāi)信號(hào)“BR”由“0”變?yōu)椤?”，控制抱閘柜內(nèi)繼電器BRX，繼而控制接觸器BRX2，BFX2瞬間閉合，這時(shí)電機(jī)抱閘線圈流過(guò)強(qiáng)制勵(lì)磁電流，電磁力克服抱閘機(jī)械彈簧彈力將抱閘打開(kāi)，同時(shí)，時(shí)間繼電器BRT開(kāi)始計(jì)時(shí)，經(jīng)設(shè)定時(shí)間后打開(kāi)，控制繼電器BFX1，使接觸器BFX2打開(kāi)，這時(shí)抱閘線圈流過(guò)保持電流，一直維持抱閘打開(kāi)。直到芯軸電機(jī)停止時(shí)，“BR”信號(hào)由“1”變?yōu)椤?”，抱閘線圈失電，抱閘閉合。這一動(dòng)作過(guò)程在帶鋼一次和二次定尾時(shí)自動(dòng)執(zhí)行，芯軸停止旋轉(zhuǎn)后，抱閘隨即閉合抱緊電機(jī)轉(zhuǎn)子軸實(shí)現(xiàn)精確定位。

2 生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題及原因分析

自生產(chǎn)以來(lái)，卷取機(jī)芯軸先后出現(xiàn)過(guò)幾次突然停車。由于停車多發(fā)生在帶鋼卷取過(guò)程中，造成卷取機(jī)內(nèi)堆鋼。最嚴(yán)重的一次，抱閘線圈被燒毀，只好更換了抱閘線圈。處理堆鋼、更換抱閘需要大量的停機(jī)時(shí)間，給企業(yè)造成了經(jīng)濟(jì)損失。

經(jīng)過(guò)仔細(xì)調(diào)查和分析，最終確定問(wèn)題都出在了抱閘柜內(nèi)的電氣元件上。原因一：抱閘控制電源繼電器PS2常開(kāi)觸點(diǎn)偶爾接觸不良。由圖1可知，抱閘線圈電源回路電源和閘后，繼電器PS2得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)動(dòng)作將抱閘電源健康信號(hào)送至逆變器，逆變器具備運(yùn)行條件。因此一旦PS1常開(kāi)觸點(diǎn)接觸不良，使繼電器PS2突然失電，造成逆變器在運(yùn)行過(guò)程中抱閘健康信號(hào)消失，逆變器停止運(yùn)行。原因二：抱閘柜內(nèi)時(shí)間繼電器BRT故障。由圖1邏輯可知，抱閘接收到打開(kāi)指令的瞬間，時(shí)間繼電器開(kāi)始計(jì)時(shí)。線圈中流過(guò)較大電流，抱閘瞬時(shí)動(dòng)作打開(kāi)，計(jì)時(shí)（實(shí)際設(shè)定為1秒）后時(shí)間繼電器動(dòng)作，電阻1R串聯(lián)入抱閘線圈電源回路，線圈電流減小，抱閘保持打開(kāi)狀態(tài)。如果時(shí)間繼電器出現(xiàn)故障，不能計(jì)時(shí)動(dòng)作，那么抱閘線圈將始終通過(guò)電流I:

圖1 抱閘控制原理圖

（強(qiáng)制勵(lì)磁電流額定值17.8A）,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)抱閘保持電流的額定值3.08A。這樣可能導(dǎo)致以下嚴(yán)重的后果：第一，持續(xù)大電流導(dǎo)致抱閘柜的主回路過(guò)載，造成上級(jí)開(kāi)關(guān)跳閘，抱閘健康信號(hào)消失，芯軸突然停車；第二，持續(xù)大電流使抱閘線圈絕緣迅速老化而燒毀；第三，線圈燒毀抱閘失去功能，會(huì)使抱閘打不開(kāi)造成芯軸電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載而損壞電機(jī)絕緣，同時(shí)抱閘皮嚴(yán)重磨損燒壞。

3 抱閘控制改進(jìn)方案及實(shí)施內(nèi)容介紹

（1）電源控制鍵康信號(hào)的改進(jìn)。芯軸逆變器抱閘健康信號(hào)取自于抱閘柜電源控制繼電器的一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)。當(dāng)抱閘主電路電源MCCB1和控制電源CP1都合閘后，此觸點(diǎn)閉合?，F(xiàn)將PS1、PS2單觸點(diǎn)改為雙觸點(diǎn)并聯(lián)，并聯(lián)后單個(gè)觸點(diǎn)因接觸不良造成信號(hào)不穩(wěn)的幾率大大降低，使采集的信號(hào)更加可靠。既充分利用了原有設(shè)備，又簡(jiǎn)便易行。

（2）抱閘線圈電流控制電路的改進(jìn)。抱閘打開(kāi)、關(guān)閉動(dòng)作原來(lái)是由傳動(dòng)柜和抱閘柜共同控制，軋機(jī)PLC沒(méi)有參與?，F(xiàn)在，充分利用軋機(jī)PLC及遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，對(duì)抱閘增加了PLC程序控制，這樣增加了控制的靈活性和可操作性，使抱閘控制邏輯更加趨于完善。①在抱閘柜與PLC遠(yuǎn)程I/O柜（M8022）之間敷設(shè)一根四芯電纜（4×1.5mm2）。②在遠(yuǎn)程I/O柜（M8022）內(nèi)增加一個(gè)24VDC（2NC，2NO）繼電器，圖2。③連接I/O柜內(nèi)DO模塊一個(gè)冗余位到新增繼電器線圈，圖2。④電纜連接24VDC繼電器一個(gè)NC接點(diǎn)到抱閘柜的抱閘線圈控制回路，圖3、圖2中虛線框。⑤在PLC中編程，圖4程序段2，輸出到DO模塊、繼電器，控制抱閘線圈電流。

（3）抱閘故障報(bào)警功能增加的改進(jìn)。電纜連接抱閘柜內(nèi)控制抱閘動(dòng)作的繼電器“BFX1”一個(gè)NO接點(diǎn)到I/O柜DI334模塊一冗余位，圖3。在PLC編制程序，圖4程序段1，在HMI畫(huà)面中增設(shè)報(bào)警功能。一旦抱閘柜元件出現(xiàn)故障，信號(hào)將反饋到PLC，在HMI中顯示報(bào)警號(hào)“DC1_ALM272”。報(bào)警功能增加后，便于維護(hù)人員快速查找問(wèn)題點(diǎn)和處理故障。

圖2 改進(jìn)后抱閘控制原理圖

圖3 改進(jìn)后PLC控制原理圖

圖4 PLC程序圖

（4）改進(jìn)后工作原理。改進(jìn)后，邏輯關(guān)系為：當(dāng)時(shí)間繼電器（實(shí)際設(shè)定為1秒）故障不能正常動(dòng)作時(shí)，BFX1常開(kāi)接點(diǎn)信號(hào)I_SP1始終為1，程序開(kāi)始計(jì)時(shí)，達(dá)到設(shè)定時(shí)間2秒后，輸出報(bào)警信號(hào)DC1_ALM272，并且在HMI中顯示出來(lái)。同時(shí)，程序輸出O_SP1置1，控制新增繼電器動(dòng)作，斷開(kāi)接觸器BFX2，加入經(jīng)濟(jì)電阻1R，保證線圈電流切換為保持電流，抱閘仍然能夠正常工作。這時(shí)可以立刻更換繼電器，故障處理完畢后，芯軸重新起車將報(bào)警消除。設(shè)備恢復(fù)正常狀態(tài)。如果由于軋制節(jié)奏快等原因時(shí)間不允許時(shí)，可以將程序中的報(bào)警計(jì)時(shí)設(shè)定的與時(shí)間繼電器相同（1秒），利用程序和新增繼電器使抱閘也能夠正常工作。當(dāng)時(shí)間允許時(shí)再更換備件，將程序恢復(fù)為2秒。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)抱閘控制的改進(jìn)，大大降低了卷取機(jī)堆鋼事故發(fā)生的概率，減少了設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間和備件消耗，使企業(yè)減少了損失，增加了效益。至2013年9月，改造在兩臺(tái)卷取機(jī)抱閘柜實(shí)施完成，通過(guò)模擬試驗(yàn)，抱閘動(dòng)作可靠，達(dá)到了預(yù)期的效果。自改進(jìn)以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。2014年11月帶鋼卷取過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)一次報(bào)警，迅速查出是時(shí)間繼電器損壞，很快進(jìn)行了更換，生產(chǎn)沒(méi)有受到絲毫影響。充分證明此項(xiàng)改進(jìn)實(shí)用性強(qiáng)，可靠性高，很好的利用了現(xiàn)有資源，解決了設(shè)備運(yùn)行存在的實(shí)際問(wèn)題。