冷軋機斷帶后的檢測方法與總結

劉永杰，朱 鋮，劉長城

（奧科寧克（昆山）鋁業有限公司，江蘇蘇州 215300）

0 引言

奧科寧克（昆山）鋁業有限公司的冷軋機是由涿神公司2004年制造的，四輥不可逆式1550 mm 鋁板帶冷軋機，兼有冷軋機及鋁箔粗軋機的性能。其最高速度900 m/min，最大軋制力1200 t，軋制來料厚6～8 mm、成品3.0～0.05 mm 的鋁合金帶材。在生產過程中，存在以下兩個問題：冷軋機斷帶后，線速度900 m 帶材與輥縫金屬摩擦產生大量熱，在冷卻介質煤油作用下極易起火造成火災；冷軋機因不能及時觸發CO2系統，經常燒壞對油管和電纜，斷帶后輥縫堵料對輥子擦劃傷嚴重，常常需要六七個小時才能恢復生產，生產效率低下。因此快速檢測到斷帶信號成為一個亟需解決的問題。

1 冷軋機斷帶的檢測方法

冷軋機在斷帶后一般都有自動檢測功能，防止出現誤觸發信號，即實際沒有發生斷帶，設備自檢發出誤斷帶信號，設備液壓和氣壓系統卸荷，會按斷帶邏輯等一系列流程動作最終導致生產中帶材發生斷帶造成廢料。所以根據生產情況需要加入連鎖信號，開卷和卷取建張、主機速度信號、出口測厚儀厚差小于5%、齒輪箱擋位信號等。

斷帶檢測方法一般有4 種，分別是手動觸發斷帶按鈕、紅外傳感器的檢測方法、電機轉矩變化量的檢測方法和速度變化量dv/dt 的檢測方法。

通過跟蹤大量的斷帶數據，結合冷軋機自身的西門子控制系統和斷帶邏輯，增加了紅外傳感器、轉矩波動、速度變化量的檢測方法，通過持續改進取得了良好效果。

1.1 手動觸發斷帶按鈕

為消除著火隱患，斷帶后輥縫每次需要噴CO2，同時為了便于操作，在出口和入口以及主操臺上均設計有斷帶按鈕。斷帶按鈕被觸發后，軋機控制系統會按斷帶邏輯自動停機，CO2系統輥縫噴放，消除火災隱患。在實際應用中，操作工提前預判版形或來料缺陷，或在自動斷帶檢測失效后進行自我判斷是否啟CO2系統。手動觸發斷帶按鈕因為靈活性強、操作方便等優點被廣泛使用。缺點是斷帶后操作手響應慢，不及時觸發CO2系統等會造成火災隱患，需要二次啟動低壓滅火系統，軋機恢復時間較長。

1.2 紅外對射傳感器檢測

在冷軋機入口和出口側安裝紅外對射傳感器，生產的帶材從紅外線中間穿過，傳感器紅外線被阻斷，接收端信號為0；如果發生斷帶，對射傳感器的接收端信號為1，自動觸發斷帶信號，信號檢測快，能夠快速觸發輥縫CO2滅火系統。

這種方法的缺點是在來料有缺陷如帶材有孔洞時易誤觸發信號，另外在周圍環境油煙過大時影響到紅外傳感器測量的準確性，需要有防護罩避免斷帶后被打壞；使用中需要定期維護和檢查；經常擦拭鏡片上的油污以及檢查調整發射端和接收端的在一條直線上重合度。

1.3 電機轉矩變化量檢測

冷軋機開卷和卷取最大張力在12 t，生產中開卷和卷取速度環飽和，給定轉矩T給定和實際反饋轉矩T反饋相等，在發生斷帶的一瞬間開卷和卷取相互作用張力快速降低，負載變小電機實際受力也會變小，相應地T反饋也會瞬間變小，當T反饋＜70%T給定觸發斷帶信號；卷取機張力一般大于開卷機，當T反饋＜60%T給定觸發斷帶信號。此方法優點準確率高，應用廣泛。

該方法的缺點是對帶材厚度比較敏感，跟蹤大量數據不適宜用在薄料檢測和張力較小的情況下，出口厚度小于1.2 mm 的料，在實際使用中加減速時轉矩反饋響應滯后，經常會出現誤觸發。

1.4 速度變化量檢測

在鋁板斷帶時速度變化量的檢測方法中，dv 代表速度變化量，dt 代表時間變化量（50 ms）。圖1 即斷帶后速度變化量dv/dt檢測方法的流程圖，不需要硬件和費用投入，直接取軋機主電機上的速度編碼器信號，用PLC 程序邏輯計算和速度變化量的閥值做出判斷，通過開卷機和卷取機dv/dt 變化量分別檢測軋機入口和出口處的斷帶情況。

圖1 速度變化量dv/dt 檢測方法邏輯流程

1.4.1 入口開卷機dv/dt 斷帶檢測方法

（1）冷軋機斷帶后，在齒輪箱低速擋上，瞬間作用在開卷機帶材上的張力失張，測厚度實測帶材的反饋“帶材厚度小于1.2 mm，主機速度大于130 m/min 且dv/dt 大于164”邏輯條件同時滿足時，自動觸發開卷機斷帶信號。低速擋上測厚儀實測帶材厚度大于等于1.2 mm，dv/dt 大于250。因為厚料的生產速度最高為390 m/min，金屬的厚度壓下量在35%～50%，金屬的延伸率變化量大，同時產生帶材方向的后滑量，速度變化量的閥值就會偏高。

（2）開卷機高速擋的最高速度為900 m/min，齒輪箱高速I擋位，速度大于130 m/min，dv/dt＞45。開卷機齒輪箱高速II 擋位，速度大于130 m，dv/dt>150。

1.4.2 卷取機速度變化量dv/dt 檢測方法

（1）卷取機齒輪箱低速擋位，最高線速度390 m/min 時張力丟失，速度大于100 m/min，dv/dt>117。

（2）卷取機齒輪箱高速擋位I，最高線速度900 m/min 時張力信號丟失，速度大于100 m/min，速度斜率大于50 時dv/dt>50，速度斜率小于等于50 時dv/dt>40。

（3）卷取機齒輪箱高速擋位II，速度大于100 m/min 時張力信號丟失，dv/dt>60。

1.4.3 速度變化量dv/dt 的計算方法

實時線速度減去50 ms 前的速度，結果再除以50 ms 的比值等于dv/dt，通過PLC 程序將結果暫存在控制器，計算dv/dt 在不同擋位的厚度段的變化量超過閥值。其中，閥值基準是通過2015 年—2018 年大量的跟蹤數據不斷修正優化得出的結果。

圖2 中速度變化量dv/dt 開卷和卷取同時在32 ms 檢測到斷帶信號，其效果非常明顯，快速啟動CO2系統；準確率高、響應快，現場火災風險隨之價降低，避免大量線路和油管氣管燒壞，節省大量輔助時間，提高生產效率。

圖2 dv/dt 在32 ms 檢測到斷帶

2 總結

奧科寧克（昆山）鋁業有限公司是專業做轎車釬焊板材料的高新技術企業，自冷軋機斷帶增加對射紅外光電傳感器、轉矩檢測、速度變化量檢測功能之后，降低了斷帶廢料在輥縫卡阻和輥子表面的擦劃傷，延長了輥子的使用壽命，斷帶次數逐年下降，減少非計劃換輥次數，從而提高生產效率（圖3）。

圖3 奧科寧克（昆山）鋁業有限公司冷軋機年度斷帶趨勢

檢測功能優缺點總結如下：

（1）紅外對射傳感器檢測方法對于現場條件和環境有一定要求，有時會出現斷帶打壞傳感器等情況，工況比較差時要求定期維護和矯正紅外對射的準確性。

（2）轉矩檢測方法主要適用于張力大的板材，厚度大于1.2 mm以上效果比較明顯，薄料不建議使用，對來料板形有一定要求，來料板形有粘鋁、壓褶、厚度峰刺、白斑等切邊不全的不宜使用。

（3）速度變化量檢測的方法對觸發邏輯和基準要求較高，前期需要大量數據來優化dv/dt 觸發的基準值，通過匹配不同帶材厚度和減速箱箱擋位以及線速度來使用。

（4）現場使用中在連鎖中加入了出口厚度信號，可以更好地避免帶材打滑引起的誤觸發，現場使用效果非常好，不用考慮環境油污、振動對斷帶檢測傳感器的影響以及手動觸發慢等缺陷，檢測時間在100 ms 以內，響應快、準確率高，能夠快速啟動CO2滅火系統。