雙機(jī)架爐卷軋機(jī)助卷輥故障分析處理

保應(yīng)泉

（昆鋼板帶廠熱軋車間）

1 前言

昆鋼板帶廠熱軋車間雙機(jī)架可逆式爐卷軋機(jī)的助卷輥是地上卷取機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其功能是將帶鋼導(dǎo)入到卷筒周圍以確保帶鋼準(zhǔn)確地卷取到卷筒上。 該助卷輥控制系統(tǒng)為電液伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)，主要由APC、位置傳感器、壓力傳感器、伺服放大器、伺服閥、助卷輥油缸及助卷輥液壓馬達(dá)等組成。由于該系統(tǒng)控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求高，設(shè)備造價(jià)昂貴，工作壓力大，因此，聯(lián)鎖條件和安全措施比較多，在使用過程中，控制系統(tǒng)中的設(shè)備故障及聯(lián)鎖條件不滿足時(shí)，都將導(dǎo)致地卷機(jī)卷取時(shí)出現(xiàn)失張，產(chǎn)生塔形卷、錯(cuò)邊、鋼卷壓印、劃痕等質(zhì)量問題,嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。本文主要以助卷輥的控制系統(tǒng)來說明其原理及其故障處理方法。

2 助卷輥設(shè)備的組成與位置調(diào)節(jié)原理

地上卷取機(jī)助卷輥控制主要由位置傳感器、壓力傳感器、助卷輥油缸等設(shè)施組成，在芯軸的不同方向裝有三只助卷輥。助卷輥調(diào)節(jié)器是一個(gè)位置調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)的雙作用調(diào)節(jié)器，不管給定哪種數(shù)值調(diào)節(jié)方式(壓力或位置)都是從助卷輥液壓系統(tǒng)要求最低流量需求開始調(diào)節(jié)。助卷輥系統(tǒng)調(diào)節(jié)器為位置調(diào)節(jié)時(shí)可轉(zhuǎn)換為壓力調(diào)節(jié),以便進(jìn)行超負(fù)荷保護(hù)，程序整定值為每邊28 MPa。如果助卷輥油缸位置誤差大于助卷輥油缸壓力誤差，助卷輥調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換成壓力調(diào)節(jié)。助卷輥系統(tǒng)調(diào)節(jié)器為壓力調(diào)節(jié)時(shí)也可轉(zhuǎn)換為位置調(diào)節(jié),以便防止液壓油缸的超行程，根據(jù)其所處方位的不同而擁有不同的油缸沖程，1號助卷輥油缸沖程2 000 mm，2號 助卷輥油缸沖程1 500 mm，3號助卷輥油缸沖程850 mm，實(shí)際執(zhí)行沖程要根據(jù)的地卷機(jī)芯軸直徑來決定，其位置反饋是來源于BALLUFF的位置傳感器和數(shù)模轉(zhuǎn)換板。在軋制期間，助卷輥調(diào)節(jié)器的正常操作是處于位置模式，只有當(dāng)油缸位置不能就位時(shí)，才轉(zhuǎn)換到壓力模式，在這里主要分析位置控制模式。

在實(shí)際應(yīng)用中，助卷輥位置反饋涉及的設(shè)備主要有：伺服閥芯LVDT，助卷輥油缸壓力傳感器，助卷輥位置傳感器、BALLUFF放大板及接口底座、XVME611模擬量模塊、±5 VDC直流電源、±15 VDC直流電源、中間接線箱等設(shè)備。其中任何一個(gè)設(shè)備出問題，都將導(dǎo)致助卷輥位置傳感器的位置反饋錯(cuò)誤或丟失，從而使軋制過程中斷生產(chǎn)效率降低,見圖1、圖2。

現(xiàn)以單只助卷輥為例介紹設(shè)備的故障分析和處理方法。

圖1 內(nèi)環(huán)控制方框圖

圖2 三號助卷輥油缸和檢測元件安裝位置

3 位置傳感器反饋故障分析及處理措施

3.1 三號助卷輥不能正常設(shè)置

1）作為助卷輥位置閉環(huán)系統(tǒng)，首先必須對助卷輥油缸位置進(jìn)行位移檢測，其次有相應(yīng)位置的定義。在助卷輥正常工作時(shí)突然出現(xiàn)位置反饋異常，不能正常設(shè)置。這時(shí)，應(yīng)從兩方面進(jìn)行檢查：檢查液壓設(shè)備及機(jī)械部分；電氣部分檢查位置反饋的傳感器、壓力傳感器、放大板、電源、接線端子、插頭做檢查。

2）檢查位置傳感器，可以把助卷輥置于手動(dòng)模式通過手柄操作，觀察助卷輥位置跟蹤曲線是否成線性變化，見圖3。如呈現(xiàn)規(guī)律線性變化，說明元件正常，如呈現(xiàn)大范圍波動(dòng)或無變化，說明元件異常。此類檢查也可以通過現(xiàn)場搭接電源，手動(dòng)移動(dòng)感應(yīng)物體磁環(huán)，觀察反饋?zhàn)兓瘉硗瓿伞?/p>

圖3 三號助卷輥位置跟蹤曲線

WR3_FRC_PROT_OFST---三號助卷輥壓力保護(hù)偏置

WR3_MIN_FRC_OFST----三號助卷輥?zhàn)钚毫ζ?/p>

WR3_ROLL_FRC_FB_FILT---三號助卷輥壓力濾波后反饋

WR3_POS_REF_RMP----三號助卷輥位置給定斜率

WR3_POS_FDBK-------三號助卷輥位置反饋

WR3_FLOW_P---------三號助卷輥位置油缸流量給定

3）在檢查位置傳感器的位置反饋情況時(shí)，如發(fā)現(xiàn)沒有位置反饋或位置反饋不會變化，當(dāng)液壓缸沒有移動(dòng)時(shí)位置反饋會發(fā)生漂移現(xiàn)象，則可能是±5 VDC直流電源或是±15 VDC直流電源故障或直流電源回路保險(xiǎn)熔斷，此時(shí)應(yīng)對±5 VDC或±15 VDC直流電源或回路保險(xiǎn)作檢查，更換相應(yīng)故障設(shè)備及元件。

4）檢查壓力傳感器的電源供給是否正常，壓力傳感器的壓力信號是否處于正常的范圍內(nèi)；如果電源不正常應(yīng)恢復(fù)供電系統(tǒng)，如果壓力傳感的壓力信號沒有處于正常的范圍，應(yīng)確定壓力傳感器是否已經(jīng)損壞，如果壓力傳感器已經(jīng)損壞則更換壓力傳感器。

5）檢查反饋回路電纜、插頭和接線箱，接頭有無松動(dòng)、接觸是否良好、是否引入干擾源；我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的故障是電磁干擾，地上卷取機(jī)助卷輥線性位置傳感器由于電磁干擾問題，導(dǎo)致動(dòng)作不正常。類似的情況，在昆鋼熱軋車間曾經(jīng)發(fā)生過幾起。

3.2 三號助卷輥位置反饋回路處理措施

在我們檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)該段控制電纜敷設(shè)路徑極不規(guī)范，橋架內(nèi)電纜走線較為雜亂，未單獨(dú)走管敷設(shè)，并與現(xiàn)場交-直-交電機(jī)的電力電纜交叉纏繞或并行敷設(shè)，該段電纜為單層屏蔽，抗擾性能差。當(dāng)現(xiàn)場電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，給定信號干擾感應(yīng)疊加，促使助卷輥控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。針對此問題，對該段電纜重新選擇敷設(shè)路徑，并單獨(dú)配管，控制電纜選擇抗干擾強(qiáng)雙屏蔽電纜，做好相關(guān)屏蔽處理，避開與電力電纜交叉并行。避免回路受干擾的現(xiàn)象明顯改善。

3.3 鋼卷塔型的分析處理

進(jìn)入2010年1月，我車間在生產(chǎn)軋制中出現(xiàn)部分塔形卷，尤其是軋制6 mm時(shí)比較嚴(yán)重。通過分析，鋼卷塔形與地卷機(jī)的張力有關(guān)，主要是帶鋼失張?jiān)斐伞Ｎ恢脗鞲衅鞴收希簤厚R達(dá)故障，MOOG系統(tǒng)故障．都會引起帶鋼建張時(shí)產(chǎn)生張力波動(dòng)而引起鋼卷塔形。為解決上述故障造成鋼帶塔形，主要采取了以下幾點(diǎn)措施：

1）首先我們對地卷機(jī)夾送輥的位置傳感器進(jìn)行標(biāo)定，修正夾送輥壓力，以求得到一個(gè)與助卷輥匹配的張力來改善帶鋼塔形，經(jīng)過調(diào)整后效果不明顯。證明其匹配張力正常。

2）然后我們對三只助卷輥的位置傳感器作標(biāo)定，做碰輥試驗(yàn)，無碰輥現(xiàn)象發(fā)生，觀察三只助卷輥液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)正常，動(dòng)作時(shí)也無竄動(dòng)和跳動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，從以上分析，位置傳感器，液壓馬達(dá)，MOOG系統(tǒng)都正常看不出明顯的故障現(xiàn)象，

3)利用跟蹤曲線的反饋來對整個(gè)系統(tǒng)作實(shí)時(shí)監(jiān)控，圖4是三只助卷輥位置數(shù)據(jù)反饋曲線。

通過觀察我們發(fā)現(xiàn)二號助卷輥在一段區(qū)間會出現(xiàn)階段性的跳躍特別是在軋制6 mm的帶鋼時(shí)剛好在這個(gè)區(qū)間，在軋制時(shí)輥面與芯軸輥面有一個(gè)離合間隙，其間隙達(dá)到12 mm，如果加上設(shè)置厚度間隙達(dá)到18 mm左右，出現(xiàn)這種情況帶鋼就會松卷而產(chǎn)生鋼卷塔形，更換二號助卷輥的位置傳感器后，帶鋼塔形消除，通過這次故障的分析處理，利用圖表作曲線分析，可以大大縮短故障處理時(shí)間，為經(jīng)后處理類是故障積累了經(jīng)驗(yàn)。

圖4 三只助卷輥位置數(shù)據(jù)反饋曲線

3.4 帶鋼壓痕與縱向舌印

2014年頭，在精整開卷的大于12 mm厚度的Q235、Q345等牌號帶鋼廠品出現(xiàn)壓痕，縱向舌印通過對地卷設(shè)備工況的跟蹤分析排除芯軸，夾送輥故障，同時(shí)也與機(jī)液配合對地卷區(qū)域芯軸油缸，夾送輥油缸，三支助卷輥油缸進(jìn)行檢查，對油缸剛度，密封情況，聯(lián)軸間隙作檢查精度都在偏差范圍見圖5。

圖5 三只助卷輥位置數(shù)據(jù)反饋

WR1_POS_FDBK——（一號助卷輥位置反饋）

WR2_POS_FDBK——（二號助卷輥位置反饋）

WR3_POS_FDBK——（三號助卷輥位置反饋）

TR_WR1_CAL_OFST——（一號助卷輥位置偏置）

TR_WR2_CAL_OFST ——（二號助卷輥位置偏置）

TR_WR3_CAL_OFST ——（三號助卷輥位置偏置）

對比 TPC—CL/UC/SECT707 ，CL/UC/SECT706，CL/UC/SECT705三支助卷輥源程序，發(fā)現(xiàn)二號助卷輥位置反饋差，經(jīng)過比較三支助卷輥BALLUFF放大板輸出電壓，發(fā)現(xiàn)二號助卷輥BALLUFF放大板輸出電壓為負(fù)9 V左右，而在最大輥縫是這個(gè)值應(yīng)為正9 V,如此大的偏置量，導(dǎo)致了帶鋼壓痕，更換二號助卷輥BALLUFF放大板，從置偏置量，情況得到大大改善，帶鋼壓痕舌印消除，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

3.5 MOOG伺服閥故障分析及處理措施

MOOG伺服閥工作時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)，不能正常工作，使助卷輥油缸伸出時(shí)抖動(dòng)，伺服閥芯LVDT反饋波動(dòng)大，加大了伺服閥零漂，而使伺服閥工作不穩(wěn)定，引起位置反饋不正常。

伺服閥工作時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)的原因與MOOG伺服放大板內(nèi)環(huán)電流增益過大有直接關(guān)系，仔細(xì)分析電路后在內(nèi)環(huán)增益電路中加了分流支路，減小了放大板輸出電流。又在程序段TR_WR1_SVLV1_GAIN—ADJ（這段程序描述1號助卷輥伺服閥增益調(diào)節(jié)）中設(shè)置伺服增益范圍，最大調(diào)整值不能超過（1.50000），每次只能以0.1來增減數(shù)值，直到從MMI觀測到助卷輥油缸伸出的位置反饋平衡為止，通過上述調(diào)整有效地抑制了伺服閥工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。

由于伺服閥損壞，需要切換備用伺服閥，這時(shí)要對伺服閥作零漂整定，否則助卷輥位置反饋會不穩(wěn)定，反饋波動(dòng)大。首先應(yīng)在放大板取樣點(diǎn)測量其LVDT反饋電壓值，它一般在4 V—12 V之間，然后通過用信號發(fā)生器給伺服閥加信號，實(shí)測閥芯反饋位置，得到一個(gè)機(jī)械零漂，用百分比來表示，最高不能超過1 %，這個(gè)值加到內(nèi)環(huán)控制中，以保證位置反饋的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

通過對上述設(shè)備故障的分析處理及整改，大大縮短了故障處理時(shí)間，提高了工作效率，降低了熱停工時(shí)間，減少了廢品，為帶鋼良好的產(chǎn)品質(zhì)量提供了設(shè)備保證，生產(chǎn)有效作業(yè)時(shí)間明顯增加，為熱軋車間取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。