多流矯直機電氣自動化控制系統的自主研發

朱向陽

摘 要：本文介紹了國外達涅利集團（Danieli Metallurgical Equipment Co.， Ltd.）生產的多流角鋼矯直機的電氣自動化控制系統自主研發過程，難點輥縫調整控制系統及生產過程中啟停定位的控制過程。

關鍵詞：矯直機；矯直定位；輥縫調整

中圖分類號：TG334.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0005-04

1 前言

唐山正豐鋼鐵有限公司原有一條棒材生產線，由于市場需要。公司決定將棒材生產線改為小角鋼生產線，主要生產3#-5#角鋼。小角鋼收集是問題關鍵，決定了角鋼產量。傳統角鋼矯直機多為單流矯直機，一次只能矯正一根鋼倍尺在矯正完后進入編組區，再到定尺鋸切區域。由于原來是棒材生產線，冷床輸出輥道后就是棒材定尺剪，剪后15米就是惠斯頓翻鋼裝置，距離太短。只能研究采用多流矯直機，矯正后直接進行定尺鋸切。多流矯直機及其矯直定位自動化控制系統，目前在國內還是空白。

2 自主研發多流矯直機控制系統

正豐鋼鐵在2016年3月份與國外達涅利集團進行接洽，包括設備本體，及全套電氣自動化系統。其中電氣自動化控制系統尤為重要，設計中有二級模型控制，并且需要意大利專家全程服務，造價也自然是不低的，在200-300萬元之間。為了減少投資，正豐鋼鐵只投資了多流矯直機設備本體，電氣自動化控制系統自主研發，難點輥縫調整控制系統及生產過程中啟停定位的控制過程。在沒有國外設備控制系統參考的前提下進行真正的中國創造。經過多方調研、論證。盡可能的降低投資。全套自動化系統集成到現有精整區PLC中，不在另投資做一套PLC。

難點1：輥縫的調整控制。輥縫調整采用電動壓下，測量采用P+F公司的帶DP接口的絕對值編碼器，并通過DP網與主PLC連接，并實時的顯示在上位機HMI畫面上，以配合操作人員手動現場調整及自動模式下的輥縫自動定位及修正。要求相當高的精確度。

難點2：矯正機主傳動。為了考慮傳動控制成本。主傳動采用直流電機控制。原因有兩點：（1）現有一臺備用電機，600kW直流電動機，可以用上不用做電機投入；（2）直流電機控制傳動系統采用西門子6RA70裝置進行控制調速，可以自主進行擴容改造，控制成本低，若采用交流電機，600kW交流電機傳動控制只能是采用西門子或ABB的原裝控制，傳動控制系統造價高。

難點3：矯正定位問題：因矯正后要直接進行定尺鋸切。若使用定尺擋板，鋼堆到擋板上直接將鋼堆彎，長度也不準。要進行矯正定尺測長定位。

總體控制思路：本次設計的多流矯直機自動化控制系統，包含輸出輥道、多流矯直機、切割鋸一、切割鋸二和減速光電檢測器、定位光電檢測器，輸出輥道上依次設有多流矯直機、切割鋸一、切割鋸二、減速光電檢測器和定位光電檢測器，所述多流矯直機設有輥縫調整裝置，所述輥縫調整裝置包含中央處理器、上輥電機控制器、上輥位置編碼器、下輥電機控制器和下輥位置編碼器，中央處理器分別與上輥電機控制器和下輥電機控制器連接，上輥電機控制器和下輥電機控制器分別與上輥位置編碼器和下輥位置編碼器連接，上輥位置編碼器和下輥位置編碼器設在多流矯直機的調整軸上，所述減速光電檢測器和定位光電檢測器分別與中央處理器通訊連接，減速光電檢測器和定位光電檢測器，將信號傳至中央處理器，中央處理器根據此信號的觸發，完成高速計數，使多流矯直機實現快速平滑減速和精確定位。同時，通過讀取安裝在調整軸上的上輥位置編碼器和下輥位置編碼器的反饋值，并通過中央處理器運算標定后，可以精確控制多流矯直機相應的輥縫量。

參照附圖1（多流矯直機自動化控制系統硬件組成部分示意圖）、附圖2（多流矯直機自動化控制系統控制部分示意圖）說明。多流矯直機自動化控制系統硬件組成部分如附圖1所示、多流矯直機自動化控制系統控制部分示意圖如附圖2所示，包含輸出輥道1、多流矯直機2、切割鋸一3、切割鋸二4和減速光電檢測器5、定位光電檢測器6，輸出輥道1上依次設有多流矯直機2、切割鋸一3、切割鋸二4、減速光電檢測器5和定位光電檢測器6，所述多流矯直機2設有輥縫調整裝置，所述輥縫調整裝置包含中央處理器11、上輥電機控制器、上輥位置編碼器、下輥電機控制器和下輥位置編碼器，中央處理器11分別與上輥電機控制器和下輥電機控制器連接，上輥電機控制器和下輥電機控制器分別與上輥位置編碼器和下輥位置編碼器連接，上輥位置編碼器和下輥位置編碼器設在多流矯直機2的調整軸上，所述減速光電檢測器5和定位光電檢測器6分別與中央處理器11通訊連接。

在生產過程中，根據不同品種及生產需要，本實用新型定尺規格從6米至12米之間不等，定尺參數通過設定，由中央處理器通過輥徑、線速度及二級模型中導出的輥徑磨損量來計算定位數據，從而簡化了不同品種，不同定尺的長度定位，實現了高效生產。

2.1 輥縫控制系統

（1）多流矯直機的輥縫的垂直調整采用5臺寧波東力DM80M2-4E 0.55kW電機，電機由相應的控制器（上輥1#電機控制器20、上輥2#電機控制器21、上輥3#電機控制器22、上輥4#電機控制器23、上輥5#電機控制器24）控制。輥縫的軸向調整采用5臺寧波東力的DLR04-1/15.54-YD132M-2/8E-M1-R-5/1.6kW電機，電機尾端都帶電磁抱閘保證電機定位后鎖死固定，電機由相應的控制器（下輥1#電機控制器25、下輥2#電機控制器26、下輥3#電機控制器27、下輥4#電機控制器28、下輥5#電機控制器29）控制。

（2）現場的檢測設備。

如圖3所示現場輥縫位置檢測采用德國倍加福公司的帶DP網通訊的絕對值編碼器，型號為：PVM58N-011AGR0BN-1213。安裝在相應的調整軸上。上下輥縫的調整、左右方向的軸竄量，通過讀取安裝在調整軸上的絕對值編碼器的反饋值，并通過PLC運算標定后，相應輥縫量最終在HMI畫面上的顯示（如圖4所示）。現場控制精度達到±0.25mm，完全滿足工藝要求的±2.00mm誤差。

設計相應的主體程序如圖5所示。

2.2 傳動控制及定尺測長定位控制系統

根據生產工藝上的要求，矯直機在矯直過程中的同時，要滿足后續定尺及切割的工序，這就要求矯直機傳動必須保證反復啟停及迅速定尺精確。以此滿足生產的高效進行。

在輥道兩側安裝兩個金屬檢測器HMD1、HMD2。HMD1負責減速，將信號傳至PLC，PLC根據此信號的觸發，完成高速計數（通過矯直機電機測速編碼器）計算，生成斜坡速度傳至6ra70裝置，完成快速平滑減速。HMD2負責定尺，同樣通過高速計數，控制傳動停止位置，完成定位。

其中著重解決的問題是定尺精度及傳動停止后由于減速機箱內齒輪間隙引起的尺寸誤差問題。

通過研究，采用6RA70裝置控制系統，在定位后，通過0速度鎖定的控制方式。有效的解決了上述問題。

定尺距離通過HMI設定（如圖6所示），簡化了不同品種，不同定尺的長度定位，實現了高效生產。

主體程序如圖7所示。

3 結語

實踐證明，上述設計和實施是高效、合理的。系統運行穩定，保證了正常生產，達涅利多流矯直機電氣自動化控制系統自主研發是成功的。本套系統屬于自動化與數學模型高度集成，解決了多流矯直機反復啟停及定位問題，以及在軋鋼領域輥縫自動調整方法，是一種高效、低故障率、投資成本低的新型方案。

參考文獻

[1]王信義.機電一體化技術手冊[M].機械工業出版社，1999.