大型高壓對輥成型機智能控制

馬海軍，雷久剛，馬波望，吳永強，周 威，杜自彬

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

3長沙有色冶金設計研究院有限公司 湖南長沙 410019

4廈門科拓通訊技術股份有限公司 福建廈門 361000

近年來，高壓對輥成型機的應用越來越廣泛，尤其是在褐煤成型領域。而大型高壓對輥成型機在負荷運行中其自動化控制是一個難點，需要同時滿足成型機運行穩(wěn)定和型煤質量穩(wěn)定。高壓對輥成型機運行穩(wěn)定包括各運轉件、各電動機和各液壓缸壓力的穩(wěn)定、各軸承溫度和各輔助設備運轉正常，可以通過自動化控制操作實現電動機電流和液壓缸壓力的穩(wěn)定。但遺憾的是，目前對大型高壓對輥成型機而言還沒有一個能實際應用的自動化控制方法。究其原因，大型高壓對輥成型機的自動化控制操作需要同時滿足以下條件：主電動機電流、左螺旋電動機及右螺旋電動機電流需穩(wěn)定在一個安全的控制范圍內，2 個液壓缸的壓力差需穩(wěn)定在一個控制范圍內，兩輥縫之差值需穩(wěn)定在一定控制范圍內。型煤質量穩(wěn)定可以通過控制下料量和擠壓力來實現，轉化到自動化控制操作中即通過控制輥縫和液壓缸壓力來實現。截止目前，用于大型高壓對輥成型機的智能自動化控制方式還未見到相關報道。

1 大型高壓對輥成型機

大型高壓對輥成型機如圖 1 所示，主要由主電動機、減速器、機架、擠壓輥、液壓系統(tǒng)及給料機組成。給料機上端分別配置有左右螺旋電動機，主電動機通過減速器為成型機提供動力，減速器為雙輸出結構且作用是實現 2 個擠壓輥的同步運行，減速器的一個輸出軸剛性聯接固定擠壓輥，減速器的另一個輸出軸柔性聯接活動擠壓輥，2 個液壓缸作用于活動擠壓輥左右兩軸承座，并在運行中給固定擠壓輥及物料實施擠壓力，并保持擠壓輥受力及下料均勻，給料機位于兩擠壓輥上方并給物料一個預壓力[1-2]。

圖1 大型高壓對輥成型機Fig.1 Large high-pressure roll forming machine

筆者提供了一種用于大型高壓對輥成型機自動化智能控制方法，該方法通過調整左右螺旋電動機的轉速來實現大型高壓對輥成型機運行平穩(wěn)，并通過調整主電動機電流、左右螺旋電動機電流、2 個液壓缸壓差使擠壓輥兩端輥縫之間的差值穩(wěn)定在一定的范圍。

2 自動化智能控制

自動化智能控制邏輯如圖 2 所示[3]。由圖 2 可知，當大型高壓對輥成型機進入自動模式控制時，所有控制技術參數均能被讀取，當空載啟動主電動機，主電動機電流穩(wěn)定時，給料機才能進行下料。自動模式控制下，當左、右螺旋電動機的電流超過設定電流時，則說明給料機的下料不暢即下料速度過快，此時應降低左、右螺旋電動機的轉速；當左、右螺旋電動機的電流不超標即下料順暢，則說明給料機運行正常。

圖2 自動化智能控制邏輯Fig.2 Logic of automatic intelligent control

當加載穩(wěn)定運行時，主電動機電流介于額定電流的 30%～90%。如果主電動機電流小于穩(wěn)定運行的最小值且大于空載電流時，應同時增加左、右螺旋電動機的轉速以提高給料量；如果主電動機電流大于穩(wěn)定運行的最大值且小于額定電流時，則說明兩擠壓輥之間的給料較多，此時應同時減少左、右螺旋電動機的轉速以減少給料量；如果主電動機電流大于額定電流則說明兩擠壓輥之間的給料極多并超過主電動機的額定承受能力，此時應同時大幅度減少左、右螺旋電動機的轉速以減少給料量，并達到保護主電動機不過載的目的。

如果左、右兩側液壓缸壓力差大于 2 MPa 時，則說明擠壓輥間給料不均，此時應減少相對應一側螺旋電動機的轉速以降低給料量，以此來平衡擠壓輥間的料壓；如果左、右兩側液壓缸壓力差大于 5 MPa 時，應緊急停止運行。

當左、右兩側輥縫差大于 50 mm 時，說明左、右兩側給料不均且會影響輥壓效果，此時應減少對應側螺旋電動機的轉速以平衡擠壓輥間的物料；如果左、右兩側輥縫差大于極限設定 80 mm 時，應緊急停止運行。

在自動模式控制下，上述幾種控制方式始終處于即時反饋和即時對應調整狀態(tài)，從而實現動態(tài)平衡控制，以此完成對大型高壓對輥成型機的自動化智能控制。

3 應用實例

3.1 自動糾偏實時控制

輥縫自動糾偏程序設計如圖 3 所示。輥縫與預壓螺旋自動糾偏的程序可以實現大型高壓對輥成型機輥縫與左右預壓螺旋電動機轉速的實時控制，通過智能控制自動糾偏可使其輥縫始終處于合理的運行區(qū)間，實現輥縫與預壓螺旋頻率的閉環(huán)控制，同時減少因物料的頻繁變化對設備的沖擊，從而提高大型高壓對輥成型機的達產達標率以及運轉率[4]。

圖3 輥縫自動糾偏程序設計Fig.3 Automatic deviation correction program for roll gap

大型高壓對輥成型機的進料預壓螺旋、輥縫以及液壓缸壓力是相互影響又相互制約的，其中左右兩側預壓螺旋的運行頻率直接反映在物料上，而物料受力后直接作用于擠壓輥，然后通過機架施加在液壓缸上，液壓系統(tǒng)受作用力后，通過參數設置，液壓壓力會升高或降低，進而影響輥縫增大或減小。

3.2 人機交換

高壓對輥成型機 HMI 人機接口的監(jiān)控和操作畫面如圖 4、5 所示。由圖 4 可以更直觀的監(jiān)控高壓對輥成型機系統(tǒng)每個設備的運行狀況，并對相應的設備進行操作，還可以根據實時數據判斷和分析設備運行狀況是否良好。實踐證明此種大型高壓對輥成型機智能自動化控制方法可以使高壓對輥成型機在帶負荷運行中實現自我調整，進而達到高壓對輥成型機在設定參數下穩(wěn)定運行。當左右螺旋電動機的轉速提高后會增加兩擠壓輥之間的給料量，進而撐開擠壓輥使其輥縫增加，由于液壓油路中的 2 個液壓缸設有單向閥，因此輥縫的增加導致擠壓力變大，此時連續(xù)給料對擠壓輥的反作用力也相應增加，進而使得主電動機的轉矩會相應增大并使主電動機電流提高，通過自動化智能控制可以使大型高壓對輥成型機壓力和輥縫處于合理的運行區(qū)間。

圖4 高壓對輥成型機監(jiān)控畫面Fig.4 Monitoring screen of high-pressure roll forming machine

圖5 高壓對輥成型機操作界面Fig.6 Operation interface of high-pressure roll forming machine

4 結語

大型高壓對輥成型機智能自動化控制系統(tǒng)安全可靠，具有自動保護功能，在自動化智能控制程序中，各種技術參數都可以提前設定或在線更改，便于根據不同的物料性質設定相應的技術參數，有利于提高生產效率、保證產品質量。該控制方法為相關企業(yè)的設計和技術人員提供了一種新的控制思路。