連退機組活套帶鋼跑偏新增檢測方式及控制優化

羅衛東，葛 祥，賈 建，王浩晴

（馬鋼（合肥）板材有限責任公司，安徽合肥 230011）

1 概述

馬鋼（合肥）板材公司連退機組出入口活套均采用現代化立式雙塔結構，其作用是為防止入口段焊接、平整機換輥或其他設備異常停機而儲存、釋放帶鋼，以保證退火爐運行的連續性。出入口活套總套量設計均為1 200 m，活套升降小車的有效行程為27 m，單活套帶鋼20 道次，雙活套帶鋼共計40道次，活套內配備4 套雙輥CPC（糾偏單元，以下簡稱CPC），1套單輥CPC，CPC液壓缸的最大糾偏行程為±150 mm。以入口活套為例，活套設備結構分布如圖1所示，活套出、入口帶鋼運行的最大速度分別為VOUTmax=420 m/min，VINmax=700 m/min，活套在高速、高位運行時，僅靠5套糾偏單元很難有效保證帶鋼在機組中心線上，且原糾偏控制設計方式為當糾偏液壓缸行程超過80%時，糾偏控制單元直接向主線PLC 發出停車請求，沒有智能化的對帶鋼進行糾偏，其控制方式存在缺陷。通過增加帶鋼邊部檢測光柵及聲光報警器，并對PLC 程序及HMI 畫面進行優化，徹底消除設計缺陷。

圖1 活套的設備組成結構

2 糾偏單元的功能概述

當糾偏單元檢測到帶鋼跑偏時，裝在糾偏輥框架上的位移傳感器將糾偏輥框架的實際位置反饋到CPC 控制器，CPC 控制器再根據CPC 測量元件的所測得的帶鋼的實際位置信號來控制糾偏輥的伺服液壓系統進而移動糾偏框架，從而達到對帶鋼跑偏情況的糾偏效果。

2.1 糾偏裝置

出、入口活套CPC 采用的均是比例控制糾偏裝置，糾偏控制系統包括控制器、數模轉換裝置、伺服閥、控制對象、電感檢測裝置等，結構模型如圖2 所示，轉向輥A、B 垂直安裝于機組中心線水平位置，糾偏輥I、II 安裝于一個擺動機架上，轉動樞軸位于糾偏框架的入口側，帶鋼檢測框架和執行機構均安裝于糾偏框架的出口側，當帶鋼檢測框架檢測到帶鋼跑偏時，糾偏控制器計算出糾偏框架需要執行的偏移量Ue，執行機構驅動糾偏框架繞著轉動樞軸轉動，在水平面上轉動所形成的夾角為δ，對入口跑偏的帶鋼進行糾正，使糾偏框架出口的帶鋼在機組中心線運行，其中比例控制糾偏裝置的糾偏能力計算公式為Ue=Lsinδ，L 為帶鋼進入糾偏輥和離開糾偏輥切點距離。

圖2 比例控制糾偏裝置的結構模型

2.2 主線PLC對糾偏量的處理

CPC 控制器通過Profibus-DP 網絡向主線PLC發送狀態字，當活套內CPC 執行機構的糾偏量達到設計能力的80%時將發出停車請求，且活套內的CPC 控制功能塊觸發中央段（爐區）PLC，將直接導致爐區快停，嚴重者致使爐內帶鋼瓢曲。考慮到CPC可能誤發狀態字，且即使帶鋼跑偏，操作人員也很第一時間難發現，不能夠有效的加以干預，因此原PLC 功能設計存在嚴重缺陷，據統計因帶鋼跑偏導致的停爐如表1所示。

表1 功能優化前因PLC設計缺陷導致的停爐

3 活套內帶鋼跑偏檢測的優化

僅依靠CPC 檢測活套內帶鋼跑偏，且只有CPC糾偏量作為觸發停車的條件是遠遠不夠的，且活套內的CPC控制功能塊觸發中央段（爐區）PLC是非常不合理的，因此需要在原設計的基礎上，加以功能優化，以便智能化的早發現、早干預。通過對CPC糾偏量程進行分段處理、增加活套帶鋼邊部檢測光柵及聲光報警器等，提高帶鋼跑偏檢測的準確性，同時能夠提醒操作人員提前介入并加以干預。

3.1 CPC糾偏量與帶鋼位置顯示

由于原PLC 控制程序對CPC 控制器發出的糾偏量處理比較單一，原設計為當帶鋼跑偏直至CPC的糾偏量100%時，中央段由工藝速度（約200 m/min）直接停機，增加了帶鋼斷帶及瓢曲的風險，且HMI 畫面沒有對CPC 的狀態做實時顯示，不便于操作人員及時掌握帶鋼運行狀況。因此通過對HMI畫面進行優化，新增CPC 糾偏量與帶鋼位置及CPC狀態實時顯示，如圖3所示，以便于操作人員觀察帶鋼運行情況，及時消除潛在風險。

圖3 CPC糾偏量與帶鋼實時位置

3.2 新增帶鋼邊部檢測光柵

由于CPC 裝置的數量有限，不能夠呈現活套內所有道次的帶鋼的跑偏情況，因此在每個活套小車的第一個道次帶鋼前底輥的操作側、傳動側的邊沿分別安裝一個自反射式光電開關，光電開關的感應距離可根據單個活套小車的長度進行調整，當帶鋼跑偏至邊部并觸發到光電開關時，主線PLC 接收到信號并對其進行處理。為防止帶鋼邊部檢測開關被誤觸發而導致設備異常停機，PLC 程序內對該信號進行2 s時間的過濾，被觸發的信號2 s內自行恢復時，設備將保持運行；當被觸發的信號超過2 s 且CPC糾偏量超過設定值后，相應區域進行停機，同時HMI畫面實時顯示光柵信號狀態。

3.3 新增聲光報警器

為便于操作人員對帶鋼跑偏情況提前加以干預，操作室內安裝聲光報警器，如圖4 所示。當CPC的糾偏量達到設計能力的60%時，操作室內聲光報警器鳴笛提醒操作人員在HMI 畫面上對帶鋼偏移量進行修正干預，以防止帶鋼跑偏現象的惡化，同時在HMI 畫面上增加聲光報警器“Reset”復位按鈕，PLC程序見圖5。

圖4 聲光報警器

圖5 聲光報警器相關程序

3.4 PLC程序的開發及HMI畫面的優化

本著“早發現、早干預，停出、入口設備不停爐”的原則，對原程序進行優化，新增帶鋼邊部檢測光電開關信號，當CPC 的糾偏量達到設計能力的40%時，活套內降速至120 m/min，以便CPC 有足夠時間進行糾偏；當CPC 的糾偏量達到設計能力的60%時，活套內降速至60 m/min，中央段（爐區）由工藝速度降速至120 m/min，操作室內聲光報警器鳴笛提醒操作人員在HMI 畫面上對帶鋼偏移量進行修正干預；當CPC 的糾偏量達到設計能力的80%時，且帶鋼邊部檢測光電開關同時被觸發后，入口或出口段設備方停機，中央段工藝速度降速至60 m/min，操作人員至現場切換至本地模式進行干預；當CPC 的糾偏量達到設計能力的100%時，且帶鋼邊部檢測光電開關同時被觸發后，出、入口段、中央段停機，以防止帶鋼刮蹭爐膛導致帶鋼撕裂，造成事故擴大，PLC 程序如圖6 所示。為防止信號同時被誤觸發，通過在HMI 畫面上增加一鍵復位功能，操作人員在確認現場設備狀況后，只需要點擊“Reset”按鈕，設備即可運行。

圖6 PLC程序編寫與設計（局部圖）

4 優化效果

通過對活套帶鋼跑偏新增檢測方式及控制優化，活套跑偏現象得到有效控制，自2019 年12 月優化完成至2020 年9 月期間，未發生因活套跑偏而引發中央段停機或爐內斷帶情況，保障了中央段的穩定運行。

5 結語

以上介紹了活套帶鋼邊部跑偏檢測方法及糾偏措施。目前國內幾乎所有的帶材糾偏檢測方法均比較單一，通過功能完善，可以達到智能化規避因帶鋼跑偏而導致的停爐風險，且通用性與可移植性較強，為操作及設備維護人員提供有力支撐。