冷軋連退線傳動定位控制系統的研究與故障分析

孫振勇

（山信軟件日照自動化分公司，山東 日照 276800）

整條連退機組自動化控制分為入口段、工藝段、光整機段、出口段四段，且每一段都有單獨的CPU進行控制。此外，還有兩段傳動PLC控制，以工藝段爐區4號張力輥為界，前一段所有傳動電機由傳動1號PLC控制，后一段所有傳動電機由傳動2號PLC控制。各段主控制PLC之間通過PROFIBUS DP和以太網來傳輸數據，主控制PLC和傳動PLC之間以及兩個傳動PLC之間采用UDP通訊。各段主控制PLC和傳動PLC之間的控制示意圖如圖1，以下以出口段傳動定位控制系統為例，詳細介紹傳動定位的原理。

圖1 各段主控制PLC和傳動PLC之間的通訊示意圖

1 出口段傳動定位控制系統組成

出口段傳動定位系統包括平整機、圓盤剪以及卷曲機。

1）平整機部分的定位包括：焊縫停在平整機前降速定位；焊縫停在平整機前定位；焊縫過平整機降速定位；焊縫過平整機定位。平整機區域傳動電機分布圖如圖2所示。

圖2 平整機區域傳動電機分布圖

2）圓盤剪和卷曲機區域定位包括：焊縫到月牙剪定位；焊縫從月牙剪到圓盤剪定位；焊縫到圓盤剪降速定位；焊縫到圓盤剪定位；出口飛剪切焊縫定位；出口飛剪分切定位；穿帶帶頭到卷取機定位；分切后帶尾到卷曲機定位。圓盤剪到出口卷曲機傳動電機分布圖如圖3所示。

圖3 圓盤剪到出口卷曲機傳動電機分布圖

2 傳動定位控制原理分析

2.1 傳動定位的執行邏輯

機組各段傳動定位的啟動命令都是由各段主控制PLC在具備條件后發送給傳動PLC的，并由傳動PLC來執行具體的動作。當傳動PLC動作完成后或在執行過程中出錯，會立即將信號反饋給主控制PLC，由主控制PLC確定繼續下一個動作還是產生報錯信息，傳動PLC停止定位執行。各定位之間都有一定的關聯性，有些關鍵定位只有在上一個定位完成后，才能保證下一個定位的順利完成。比如焊縫過平整機降速定位，如果平整機段速度不能在設定的距離內將速度降到60 m/min，那么此次定位就會產生錯誤，不能正常完成，進而導致焊縫過平整機定位不準。

2.2 傳動定位的關鍵動作信號

每一個定位的開始都是由主控制PLC發給傳動PLC一個start信號，傳動PLC如果具備定位開始條件，就會產生一個Active信號，同時產生一個Go down的降速信號，然后開始計算定位完成所需的目標距離和實際距離，如果實際所要求的定位完成的實際距離小于計算定位完成所需的目標距離，定位動作就會產生報錯信息，定位不能完成，反之，定位就能完成，定位完成后就會向主控制PLC發送Done信號，表示定位完成，本次定位結束。

3 傳動定位故障分析與解決

3.1 傳動定位故障現象

在實際生產過程中，連退機組產線出口多次出現飛剪分切定位8錯誤和焊縫到月牙剪定位9錯誤，導致產線出口快停，現場查看發現實際定位距離和目標定位確實不相符，實際位置與目標位置差值在4 m左右，復位定位錯誤后可以起線繼續生產。

3.2 定位故障原因分析及解決

通過查看PDA曲線后發現，定位8報的錯是Fault-I，定位9報的錯是Fault-T，所以兩個定位報錯的原因并不相同，下面我們分別進行分析。

3.2.1 定位8報錯原因與問題解決

在實際生產過程中，由于平整機板型輥的實際速度跟不上設定速度，所以將平整機段和出口段傳動控制PLC斜坡的加速度從0.5 m/s2改為0.4 m/s2，改完后出口出現了定位8錯誤的情況，經過仔細研究程序后發現，除了要在傳動程序中修改斜坡加速度外，還需將出口段主控制PLC程序中FB672和FB695的NW1中的加速度進行修改，這兩個模塊分別是主控制PLC中平整機和出口減速定位模塊，同樣需要將加速度從0.5 m/s2改成0.4 m/s2。

由于沒有修改主控制PLC中平整機和出口減速定位的加速度，于是出現了定位頻繁報錯的情況，如圖4中PDA曲線所示。在出口走定位8之前要先走定位3（分切減速定位）減速，由于沒有修改加速度，所以出口主控制程序中依然以0.5 m/s2的加速度計算減速位置，而實際上電機是以0.4 m/s2的加速度來減速，所以導致定位3不能走完就開始走定位8，這樣使得定位8激活時的初始速度就沒有降到45 m/min，傳動程序中計算的減速距離大于允許長度，定位報Fault-I，I代表impossible，表示定位不可能完成，從而導致出口快停。

圖4 定位8出錯時的PDA曲線

3.2.2 定位9報錯原因與問題解決

在出口走定位9之前要先走定位10（焊縫到月牙剪減速定位），定位10的作用是使出口速度降到240 m/min，240 m/min是定位9開始的初始速度。如果以240 m/min即4 m/s的初始速度走定位9，那么根據速度公式：

式中：vt為末速度；v0為初始速度；a為加速度，a=0.4 m/s2；x為帶鋼行走的距離。

從上面公式中可以計算出帶鋼停下來所需要的距離是20 m，而程序中設定的焊縫檢測儀WPD4到月牙剪的距離是23.68 m，所以傳動程序從焊縫超過WPD4約3 m（有1 m的窗口值）的位置才開始定位9。這樣就會存在一個問題，我們知道焊縫經過WPD4的時候跟蹤計算的長度會被標定一下，但是如果帶鋼跟蹤計算的焊縫比實際的焊縫早3 m以上到達WPD4，這時跟蹤的長度還沒有被標定，傳動程序就開始執行定位9，但其實真實的焊縫并沒有到達WPD4，所以就會出現焊縫停在月牙剪前的情況，這時定位會報Fault-T，T代表target，表示沒有到達目標位置。定位9出錯時的PDA曲線如圖5所示。

圖5 定位9出錯時的PDA曲線

針對這種情況，對出口程序FB646公共通道斜坡塊的NW22做了修改，將執行完定位10的最大速度由240 m/min改為200 m/min，這樣可使執行定位9的初始速度控制在200 m/min以內，減速距離減少到13.875 m，這樣只要跟蹤計算的焊縫位置與實際位置相差在10 m以內定位就不會報錯，觀察PDA曲線看到的最大差值約4 m，通過修改定位10的最大速度，成功解決了定位9的報錯問題。

4 結語

傳動定位控制是連退線傳動控制中非常重要的控制，只有定位控制精確，才能保證入口段上卷小車成功上卷，以及帶頭和帶尾在焊機處準確搭接，進而保證焊接質量，特別是出口段月牙剪和圓盤剪的焊縫定位，更是圓盤剪成功進刀的重要保證。