某冷軋廠CPC/EPC 裝置國(guó)產(chǎn)化改造實(shí)踐

韓文博，李偉宏，王 姝

（1.本鋼板材股份有限公司采購(gòu)中心，遼寧本溪 117000；2.本鋼浦項(xiàng)冷軋薄板有限責(zé)任公司，遼寧本溪 117000）

0 引言

某大型冷軋廠生產(chǎn)線具有先進(jìn)的生產(chǎn)工藝技術(shù)和較高的自動(dòng)化控制化水平，有酸洗軋制、退火、精整、鍍鋅等生產(chǎn)線。生產(chǎn)時(shí)帶鋼在運(yùn)行過(guò)程中，如果帶鋼偏離機(jī)組中心線，就很有可能造成機(jī)組生產(chǎn)設(shè)備及行進(jìn)帶鋼的損壞，導(dǎo)致停機(jī)及各種事故，因此確保帶鋼在機(jī)組中心位置行進(jìn)非常重要。研究帶鋼跑偏的原因，發(fā)現(xiàn)帶鋼跑偏主要是由于冷軋機(jī)械設(shè)備的安裝誤差和生產(chǎn)的冷軋帶鋼本身板形造成的，因此，為減少冷軋帶鋼跑偏現(xiàn)象，理論上可以考慮采取以下3 種方法。

（1）保證機(jī)組安裝精度以及輥?zhàn)颖砻婕庸ぞ取５牵词箼C(jī)組安裝精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、輥?zhàn)訄A柱表面加工精度符合要求，投產(chǎn)運(yùn)行一段時(shí)間以后，機(jī)組設(shè)備仍會(huì)產(chǎn)生各種劣化，如輥面有一定損傷、設(shè)備基礎(chǔ)下沉等，就會(huì)直接造成帶鋼跑偏，因此這種方法無(wú)法杜絕帶鋼跑偏問(wèn)題。

（2）增大行進(jìn)帶鋼的張力。這樣可以在一定程度上減少帶材跑偏，但是不能全部消除。并且，由于張力增大，使冷軋機(jī)組設(shè)備重量大幅增加，投資也會(huì)相應(yīng)增大。

（3）降低機(jī)組運(yùn)行速度。機(jī)組運(yùn)行速度是企業(yè)生產(chǎn)效率的標(biāo)志，如果機(jī)組運(yùn)行速度降低，生產(chǎn)效率將大幅下降。

在實(shí)際應(yīng)用中，上面這3 種糾偏方法投資大幅增加，生產(chǎn)效率降低，糾偏效果差。

在機(jī)組中安裝若干安全可靠的糾偏系統(tǒng)，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)計(jì)算出帶鋼運(yùn)行時(shí)的跑偏量，即可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制帶鋼跑偏。控制帶鋼運(yùn)行中心線與生產(chǎn)線中心線對(duì)中，可以采用CPC（Center Position Control，對(duì)中糾偏系統(tǒng)）（控制帶鋼在卷曲過(guò)程中邊部對(duì)齊）和EPC（Edge Position Control，對(duì)邊糾偏系統(tǒng)），這樣就能避免帶鋼跑偏撞壞設(shè)備和損壞帶鋼，防止卷取時(shí)帶卷邊部不齊甚至出現(xiàn)塔型，大大減少事故，提高帶鋼質(zhì)量和成品率，提高生產(chǎn)效率。

1 CPC/EPC 裝置存在的問(wèn)題

該冷軋廠是20 世紀(jì)90 年代中期建成投產(chǎn)的百萬(wàn)噸大型冷軋廠，有酸洗軋制、退火、平整、鍍鋅、重卷等生產(chǎn)線，自投產(chǎn)以來(lái)已經(jīng)經(jīng)過(guò)幾次大型的升級(jí)改造，各生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制水平進(jìn)一步提高，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升。但是生產(chǎn)線CPC裝置和卷取機(jī)EPC 裝置一直使用的是進(jìn)口品牌EMG 的早期產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)嚴(yán)重老化且技術(shù)落后，存在的問(wèn)題主要有以下4 個(gè)。

（1）CPC/EPC 裝置老化嚴(yán)重，故障頻發(fā)。

（2）圖紙、資料不全，設(shè)備出現(xiàn)故障后無(wú)法維修。

（3）裝置是20 世紀(jì)90 年代的產(chǎn)品，目前有些備件已經(jīng)無(wú)法在市場(chǎng)上采購(gòu)到，替代備件有時(shí)不匹配，而進(jìn)口備件采購(gòu)困難、采購(gòu)成本高，供貨周期長(zhǎng)。

（4）因?yàn)槭荅MG 早期的產(chǎn)品，采用模擬量控制方式，控制精度低、故障率高，維護(hù)量大且繁瑣。

目前，該CPC/EPC 裝置已經(jīng)嚴(yán)重影響到冷軋廠的生產(chǎn)運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率及企業(yè)效益，因此對(duì)其進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造是當(dāng)務(wù)之急，具有重要意義。

2 CPC/EPC 裝置國(guó)產(chǎn)化改造實(shí)踐

2018 年5 月決定對(duì)該CPC/EPC 裝置進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，初選對(duì)一冷軋酸軋機(jī)組5#CPC 對(duì)中裝置和1#鍍鋅機(jī)組EPC對(duì)邊裝置進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造。通過(guò)對(duì)一冷軋各機(jī)組生產(chǎn)工藝、設(shè)備、CPC/EPC 裝置充分調(diào)研、論證，對(duì)國(guó)內(nèi)各大CPC/EPC裝置制造企業(yè)及其產(chǎn)品使用廠多方考察、對(duì)比，并進(jìn)行深入分析、驗(yàn)證、評(píng)價(jià)后，最終確定由信譽(yù)、產(chǎn)品質(zhì)量、性價(jià)比、服務(wù)等均較好且國(guó)內(nèi)業(yè)績(jī)較多、綜合評(píng)價(jià)較好的國(guó)內(nèi)某公司承制供貨。

2.1 模擬信號(hào)改造為數(shù)字化信號(hào)

原CPC/EPC 系統(tǒng)采用的是模擬信號(hào)，模擬量系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式的節(jié)點(diǎn)信號(hào)，模擬電壓，模擬電流傳輸，一個(gè)信號(hào)就需要一根線，電纜數(shù)量較多，接線復(fù)雜，故障率高，維護(hù)量大而且繁瑣。國(guó)產(chǎn)化改造為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字系統(tǒng)采用串行通信方式交互信號(hào)，只需要一根電纜，優(yōu)點(diǎn)有：信號(hào)穩(wěn)定不易受干擾，精度高，所有信號(hào)都以既定通信協(xié)議傳輸，只需修改程序就可以隨時(shí)增加或減少通信內(nèi)容，節(jié)省成本，后期維護(hù)方便。

2.2 國(guó)產(chǎn)化改造CPC/EPC 組成及工作原理

國(guó)產(chǎn)化改造CPC/EPC 糾偏系統(tǒng)為連續(xù)閉環(huán)式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)自成一體，當(dāng)帶鋼偏離生產(chǎn)線中心位置時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)出帶鋼在生產(chǎn)線上的位置偏離數(shù)據(jù)，并將其輸入電控器。電控器的輸出端與液壓伺服系統(tǒng)相連，這時(shí)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)糾偏執(zhí)行液壓缸做出一個(gè)相應(yīng)的移動(dòng)，使帶鋼準(zhǔn)確地行進(jìn)在預(yù)先設(shè)定好的生產(chǎn)線的中心（邊部）位置，同時(shí)將這一位置反饋給電控器，形成閉環(huán)，持續(xù)進(jìn)行位置調(diào)整。

2.2.1 CPC 糾偏系統(tǒng)

國(guó)產(chǎn)化改造CPC 系統(tǒng)設(shè)備主要由IND2-CP 探測(cè)頭（探測(cè)頭為電感式測(cè)量傳感器，測(cè)量范圍900～1750 mm，探測(cè)頭開(kāi)口度為500 mm）、DCS 電控器（機(jī)箱尺寸為600 mm×600 mm×350 mm）、CLPT 線性位置傳感器（配有萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)支架，最大移動(dòng)速度為10 m/s）、EHV16/100/6 伺服閥及執(zhí)行機(jī)構(gòu)所構(gòu)成（圖1）。

圖1 國(guó)產(chǎn)化改造CPC/EPC 裝置系統(tǒng)

國(guó)產(chǎn)化改造CPC 系統(tǒng)設(shè)備主要由IND2-CP 探測(cè)頭（探測(cè)頭為電感式測(cè)量傳感器，測(cè)量范圍900～1750 mm，探測(cè)頭開(kāi)口度為500 mm）、DCS 電控器（機(jī)箱尺寸為600 mm×600 mm×350 mm）、CLPT 線性位置傳感器（配有萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)支架，最大移動(dòng)速度為10 m/s）、EHV16/100/6 伺服閥及執(zhí)行機(jī)構(gòu)所構(gòu)成（圖1）。

該系統(tǒng)是連續(xù)的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由IND2-CP 電感式測(cè)量傳感器探測(cè)頭連續(xù)地監(jiān)測(cè)板帶的位置變化。電感式傳感器探測(cè)頭原理如圖2 所示：在支撐架上安裝兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的發(fā)射線圈，發(fā)射電磁波，支撐架下對(duì)應(yīng)安裝兩個(gè)接收線圈，接收電磁波，當(dāng)帶鋼從設(shè)置的正中通過(guò)時(shí)（或沒(méi)有帶鋼通過(guò)時(shí)），兩個(gè)接收端接收的磁力線相等，感應(yīng)電勢(shì)相等；當(dāng)帶鋼偏移正中位置時(shí)，兩個(gè)接收端接收到的磁力線不相等，感應(yīng)電勢(shì)也不相等，這時(shí)探測(cè)器測(cè)量出位置偏差量，輸出一個(gè)偏差信號(hào)；系統(tǒng)將這一信號(hào)實(shí)時(shí)輸入到DCS 電控器，電控系統(tǒng)的輸出與EHV電液伺服閥相連，EHV 電液伺服閥接收到信號(hào)后，伺服閥驅(qū)動(dòng)液壓油缸帶動(dòng)糾偏輥進(jìn)行左右移動(dòng)或擺動(dòng)，使板帶橫向移動(dòng)，從而實(shí)時(shí)調(diào)整跑偏帶鋼回到生產(chǎn)線的中心線上，實(shí)現(xiàn)帶鋼自動(dòng)糾偏對(duì)中功能。

圖2 電感式傳感器探測(cè)頭原理

2.2.2 EPC 糾偏系統(tǒng)

國(guó)產(chǎn)化改造EPC 設(shè)計(jì)為無(wú)機(jī)械臂卷取機(jī)上的帶鋼自動(dòng)對(duì)邊控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由ORAD1-CP 光電式探測(cè)頭（鏡頭行程為1000 mm，探測(cè)頭移動(dòng)調(diào)節(jié)速度為35 mm/s）、LSE1075 高頻光源發(fā)射器（頻率為2000 Hz）、DCS 數(shù)字控制器（機(jī)箱尺寸為600 mm×600 mm×350 mm）、CLPT 線性位置傳感器（配有萬(wàn)向轉(zhuǎn)動(dòng)支架，最大移動(dòng)速度為10 m/s）、EHV 伺服閥（含過(guò)渡板）及執(zhí)行機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。

該系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由ORAD1-CP 光電式探測(cè)頭與LSE1075 高頻光源發(fā)射器連續(xù)地監(jiān)測(cè)行進(jìn)帶鋼邊緣位置的變化（圖3）：在帶鋼的上方安裝ORAD1-CP 光電式探測(cè)頭，下方安裝LSE1075 高頻光源發(fā)射器，光電式傳感器探測(cè)頭與光源配合，由于光源與帶鋼的光學(xué)反差非常明顯，根據(jù)光學(xué)成像的原理，當(dāng)帶鋼通過(guò)測(cè)量區(qū)域時(shí)按一定比例成像到ORAD1光電式傳感器探測(cè)頭上，帶鋼遮蓋的變化量即為帶鋼邊緣的跑偏值，即測(cè)量出位置偏差量，系統(tǒng)將帶鋼邊緣位置偏差信號(hào)輸入到DCS 數(shù)字控制單元，電控系統(tǒng)的輸出與液壓站的電液伺服閥相連，伺服閥驅(qū)動(dòng)與卷取機(jī)相連的液壓缸，控制液壓缸的行程，液壓缸使卷取機(jī)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤行進(jìn)帶鋼的進(jìn)帶位置，實(shí)現(xiàn)精確的卷取帶鋼。

圖3 光電式傳感器探測(cè)頭原理

3 國(guó)產(chǎn)化改造效果

該冷軋廠于2018 年7 月開(kāi)始陸續(xù)實(shí)施CPC/EPC 裝置國(guó)產(chǎn)化改造，國(guó)產(chǎn)化改造的CPC/EPC 裝置技術(shù)參數(shù)達(dá)到技術(shù)協(xié)議要求，安裝尺寸與原進(jìn)口裝置相同，順利完成安裝，投入使用。國(guó)產(chǎn)化改造的CPC/EPC 裝置性能良好：①完全滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要，超過(guò)原進(jìn)口裝置的性能；②目前在線運(yùn)行全部超過(guò)24 個(gè)月，運(yùn)行安全、穩(wěn)定，故障率低，維修方便；③性價(jià)比達(dá)進(jìn)口產(chǎn)品的2 倍以上，備件價(jià)格低，供貨周期短；④原進(jìn)口產(chǎn)品為模擬量信號(hào)，國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品改造為數(shù)字量控制，精度提高，成本降低；⑤所有板卡兼容，實(shí)現(xiàn)備件替代，可完全取代進(jìn)口；⑥產(chǎn)品質(zhì)量顯著提高，成品率大幅提升。

CPC/EPC 裝置國(guó)產(chǎn)化改造后，經(jīng)過(guò)精確對(duì)比計(jì)算，每套CPC 對(duì)中糾偏裝置可降低采購(gòu)成本11.75 萬(wàn)元，每套EPC 對(duì)邊糾偏裝置可降低采購(gòu)成本11.5 萬(wàn)元。截至2020 年底，冷軋共計(jì)國(guó)產(chǎn)化改造6 套CPC 對(duì)中糾偏系統(tǒng)、1 套EPC 對(duì)邊糾偏系統(tǒng)，已降低采購(gòu)成本82 萬(wàn)元。從2021 年開(kāi)始計(jì)劃將該廠各生產(chǎn)線的未國(guó)產(chǎn)化改造的27 套對(duì)中糾偏系統(tǒng)、對(duì)邊糾偏系統(tǒng)陸續(xù)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造替換，預(yù)計(jì)全部替換后還可節(jié)省備件采購(gòu)資金約300 萬(wàn)元。

國(guó)產(chǎn)化改造后，每年可減少因CPC/EPC 裝置故障造成停機(jī)至少50 h，減少停機(jī)損失，提高生產(chǎn)效率；因維修、維護(hù)方便，縮短維修時(shí)間，減少維修費(fèi)用；備件配套，采購(gòu)方便，減少備件費(fèi)用。此項(xiàng)國(guó)產(chǎn)化改造創(chuàng)效顯著。

4 結(jié)束語(yǔ)

該CPC/EPC 裝置國(guó)產(chǎn)化改造后，機(jī)組運(yùn)行時(shí)帶鋼跑偏的問(wèn)題得到根本解決，卷取的整齊度完全控制在±1 mm 范圍內(nèi)，CPC/EPC 裝置精度高、可靠性高、穩(wěn)定性高，維護(hù)方便。同時(shí)，還降低了采購(gòu)成本和停機(jī)損失，減少了維修費(fèi)用，提升了產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，提高了生產(chǎn)效率。