熱軋板廠E2R2自動(dòng)化系統(tǒng)存在的問題及解決措施

42 2009 年第 32 卷第 3 期 熱軋板廠 動(dòng)化系統(tǒng) 存在的問題及解決措施 李曉鶴 （新鋼釩熱軋板廠） 摘 要： 針對(duì)熱軋板廠 造中，自動(dòng)化系統(tǒng)為適應(yīng) 新增液壓壓下及液壓側(cè)導(dǎo)板對(duì)控制器快速響應(yīng)的要求，提出了在原 070 控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，新增 能控制器，實(shí)現(xiàn)根據(jù)被控制設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性不同要求，分配不同控制器，達(dá)到控制資源的科學(xué)合理分配，同時(shí)減少 造中自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間，為 造提前完成工期提供可靠保證。 關(guān)鍵詞： 軋機(jī)； 制器；壓靠清零；傾斜調(diào)整 0 引言 攀鋼熱軋板廠 軋機(jī)是主軋線的關(guān)鍵設(shè)備之一，是 20 世紀(jì) 70 年代初我國自行設(shè)計(jì)、制造的設(shè)備，工藝裝備水平低。從 1997 年至 2003 年，熱軋板廠先后進(jìn)行一、二、三期技術(shù)改造，產(chǎn)量由最初設(shè)計(jì)的 100 萬 t 達(dá)到目前的 t，板坯的長(zhǎng)度由初期的 5.5 m 變?yōu)楝F(xiàn)在的 11 m，板坯單重由原設(shè)計(jì)的 9 t 提高到 23 t。在三次技改中， 機(jī)配合軋線作了適應(yīng)性改造，但軋機(jī)本體及其主傳動(dòng)系統(tǒng)均未作徹底改造，致使 機(jī)本體能力嚴(yán)重不足，軋機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，安全系數(shù)遠(yuǎn)低于允許值，軋機(jī)精度大幅度降低，設(shè)備磨損加快，故障率增加，隱患 日趨嚴(yán)重，不能適應(yīng)生產(chǎn)的要求。為了新產(chǎn)品開發(fā)和解決軋機(jī)能力不足問題，全新設(shè)計(jì)制造一套 力軋機(jī)設(shè)備，同時(shí)增加了液壓壓下及電動(dòng)側(cè)導(dǎo)板改為液壓側(cè)導(dǎo)板?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的變化對(duì)控制系統(tǒng)提出了響應(yīng)更快、處理數(shù)據(jù)能力更強(qiáng)、控制精度更高等苛刻要求，為適應(yīng)這一變化，自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)方案結(jié)合原設(shè)備實(shí)際，提出了增加 司推出的 i 高速控制器的解決方案 1 統(tǒng)特點(diǎn) i 是 司推出的集先前產(chǎn)品先進(jìn)性于一身的高性能控制器，內(nèi)置于 塊的10/100M 以太網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)利用以太網(wǎng)進(jìn)行上下裝程 序，提高系統(tǒng)編程時(shí)間，支持梯形圖編程語言，并兼容于 程語言，有利于維護(hù)人員熟悉新系統(tǒng)。同時(shí)其編程界面為視窗界面，更加人性化；支持 9070系列 I/用 三方的 為接收過程機(jī)的軋制規(guī)程數(shù)據(jù)以及與其他 統(tǒng)連鎖， 司的 板作為現(xiàn)場(chǎng) 訊接口，即完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集任務(wù)；利用 司的 板和 板作為液壓壓下位置信號(hào)的接口，實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制。 2 粗軋工藝 流程 粗軋 主要作用是對(duì) 的來料經(jīng)過 3 個(gè)道次的軋制，將其軋制成 28 35 間坯送往熱卷箱。其關(guān)鍵設(shè)備是 下系統(tǒng)、側(cè)導(dǎo)板系統(tǒng)及 傳動(dòng)系統(tǒng)。 下系統(tǒng) 下系統(tǒng)主要作用是通過調(diào)節(jié)壓下輥縫，達(dá)到改變進(jìn)料厚度的目的。 下系統(tǒng)采用電動(dòng)壓下調(diào)整工作輥的輥縫 ,為保證壓下微調(diào)調(diào)整輥縫達(dá)到設(shè)定要求，增加了液壓壓下， 制器通過檢測(cè)液壓位置傳感器反饋值，對(duì)伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)油缸有桿腔及無桿腔高壓液壓油的流量進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、快速、精確的軋輥調(diào)平功能。 下系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖 1 所示。 攀 鋼 技 術(shù) 43 圖 1 下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 軋機(jī)側(cè)導(dǎo)板 用是將中間坯對(duì)中軋制中心，防止其跑偏，保證軋出的中間坯兩邊緣平直。側(cè)導(dǎo)板的對(duì)中和回程由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)油缸帶動(dòng)齒輪齒條，通過同步軸，實(shí)現(xiàn)左右推桿的同步開合。 側(cè)導(dǎo)板開口度由 液壓缸上的位移傳感器檢測(cè) ，并將其開口度在主臺(tái)上顯示。當(dāng)軋機(jī)機(jī)前側(cè)導(dǎo)板的開口度為板寬 +100 400 , 軋機(jī)方可進(jìn)行奇道次軋制；當(dāng)軋機(jī)機(jī)后側(cè)導(dǎo)板的開口度為板寬 +100 機(jī)前側(cè)導(dǎo)板的開口 度為板寬 +400 , 軋機(jī)方可進(jìn)行偶道次軋制。側(cè)導(dǎo)板結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。 圖 2 側(cè)導(dǎo)板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3 自動(dòng)化系統(tǒng)存在的問題 改造前 礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)為 070系列 1997 年北京科技大學(xué)設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn) 主令控制、邏輯控制、壓下及側(cè)導(dǎo)板 控制任務(wù)量較大，對(duì)于改造后要實(shí)現(xiàn)液壓伺服控制任務(wù)存在以下問題。 控制系統(tǒng)響應(yīng)慢 理器執(zhí)行控制程序掃描時(shí)間為 50 系統(tǒng)最快響應(yīng)時(shí)間為 50 液壓側(cè)導(dǎo)及新 增液壓壓下需要實(shí)現(xiàn) 10 統(tǒng)掃描時(shí)間，才能滿足液壓系統(tǒng)的性能要求。若在 統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)該控制任務(wù)是不現(xiàn)實(shí)的，主要是改造后 設(shè)備不僅沒有減少，反而增加了伺服系統(tǒng)以及大量的輔傳動(dòng)設(shè)備，增加的設(shè)備需要初始化程序以及邏輯程序，這都增加了系統(tǒng)掃描時(shí)間，即降低系統(tǒng)響應(yīng)能力。 壓靠清零的壓力偏低 原壓靠清零功能是通過壓下電機(jī)以電動(dòng)方式利用電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行的，其最大壓下合力為 200 t，這樣的壓力量級(jí)僅僅可以保證軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)及操作側(cè)輥縫一致，對(duì)于軋機(jī)的彈跳及機(jī)械間隙沒有完全消除，即未實(shí)現(xiàn)真正的壓靠清零 任務(wù)。 傾斜調(diào)整精度低響應(yīng)慢 熱軋帶鋼的整體板形的主要控制設(shè)備為粗軋機(jī)，而粗軋機(jī)的關(guān)鍵為 機(jī)，但是原系統(tǒng)為電動(dòng)壓下，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，不能通過位置閉環(huán)實(shí)現(xiàn)輥縫傾斜調(diào)整。自動(dòng)化系統(tǒng)僅能通過調(diào)節(jié)壓下電機(jī)速度來實(shí)現(xiàn)輥縫傾斜調(diào)整，但是其過程為開環(huán)控制，需要操作工觀察調(diào)整后的輥縫決定是否繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整。其調(diào)整精度低，調(diào)整過程較慢，影響了軋線的軋制節(jié)奏，而且板形不理想。 電動(dòng)側(cè)導(dǎo)板定位慢精度低 對(duì)于電動(dòng)側(cè)導(dǎo)板存在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的缺陷，在控制過程實(shí)現(xiàn)精確定位時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)慢，常常出現(xiàn)超調(diào)及定位超時(shí)現(xiàn)象，影 響軋制節(jié)奏。 4 解決措施 升級(jí)高性能控制器 為了減輕原 070 造中采用 司推出的i 高性能控制器，其系統(tǒng)掃描實(shí)際可以達(dá)到 1 可以完成 1 響應(yīng)時(shí)間，其性能完全滿軋制方向 中間坯 a b c d e f g h i j k l a 電動(dòng)壓下位置傳感器； b 壓下螺絲； c 壓下螺母； d 液壓缸活塞； e 液壓缸有桿腔； f 液壓缸無桿腔； g 液壓缸位置傳感器； h 上支撐輥； i 上工作輥； j 壓下輥縫； k 下工作輥； l 下支撐輥 液壓缸 液壓缸 同步軸 軋制方向 44 2009 年第 32 卷第 3 期 足液壓液壓壓下及液壓側(cè)導(dǎo)板為伺服系統(tǒng) 10 應(yīng)時(shí)間要求。 提高控制系統(tǒng)液壓壓靠清零合壓力 改造后執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)系統(tǒng)升級(jí)至電動(dòng)壓下加液壓壓下，控制系統(tǒng)可以根據(jù)其特點(diǎn)，在壓靠清零過程中，利用電動(dòng)壓下的大行程特點(diǎn)完成輥縫預(yù)壓靠，即通過計(jì)算控制電動(dòng)壓下定位至接近 “零”輥縫位置，再通過伺服系統(tǒng)以合理的壓下合壓力為目標(biāo)值實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)控制液壓壓下，達(dá)到清除軋機(jī)的彈跳及機(jī)械間隙的目的，其控制原理如圖 3 所示。圖 3 壓力閉環(huán)控制原理 定量輥縫傾斜調(diào)整 伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制功能。根據(jù)這一特點(diǎn)，自動(dòng)化系統(tǒng)采用操作臺(tái)增加傾斜調(diào)整按鈕，并定義按鈕被觸發(fā)一次的輥縫調(diào)整值，改造后的液壓壓下伺服系統(tǒng)最小輥縫調(diào)整精度可以到達(dá) 且調(diào)整時(shí)間為“ 級(jí)”，較原電動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整精度大大提 高，且調(diào)整快捷。 液壓 現(xiàn)側(cè)導(dǎo)板定位 改造后 增加的液壓側(cè)導(dǎo)板其精確位置定位主要由伺服閥完成。 制器接收到設(shè)定數(shù)據(jù)后，根據(jù)計(jì)算確定液壓缸位置，模擬量輸出模板輸出電壓信號(hào)，經(jīng)由伺服閥放大板轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服閥，通過調(diào)節(jié)伺服閥的閥芯位置控制液壓缸動(dòng)作速度，其調(diào)整非?？旖?，且超調(diào)量小。液壓制框圖如圖 4 所示。 圖 4 液壓 制框圖 5 應(yīng)用效果 在熱軋板廠 造中，自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)采用 統(tǒng)后取得了良好效果，粗軋區(qū)軋機(jī)本 體能力和軋機(jī)控制精度得到大幅提高，設(shè)備故障率降低，滿足安全生產(chǎn)的需要。 提高軋輥傾斜微調(diào)精度 液壓壓下具有系統(tǒng)慣性小、定位精度高的特點(diǎn)，通過 電動(dòng)壓下微調(diào)精度的 0.2 0倍，有效地保證中間坯的側(cè)邊平直，提高了產(chǎn)品的板形質(zhì)量。 提高輥縫定位精度 通過液壓壓下的 1 500 效地消除了軋機(jī)的機(jī)械間隙及軋機(jī)彈跳值對(duì)中間坯厚度的影響，同時(shí)通過調(diào)整液壓壓下參數(shù)，線性增加“零”輥縫時(shí)壓下壓力，采集軋機(jī)的剛度參 數(shù)，并將參數(shù)傳送自過程機(jī)，可以有效修正不同軋制負(fù)荷軋機(jī)彈跳對(duì)板坯厚度的影響，提高輥縫定位精度。 減少系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間 液壓伺服系統(tǒng)在軋輥傾斜及液壓 0 s。由于電動(dòng)壓下及電動(dòng)側(cè)導(dǎo)板在具有慣性大的缺陷，實(shí)際壓力 壓力傳感器 伺服系統(tǒng) 壓力基準(zhǔn) + 斜坡函數(shù) 輸出限幅 液壓缸 置基準(zhǔn)值 位置反饋手動(dòng)附加基準(zhǔn)值攀 鋼 技 術(shù) 45 在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)精度調(diào)整中需要反復(fù)動(dòng)作才可以實(shí)現(xiàn)規(guī)定精度，浪費(fèi)了軋制時(shí)間。而液壓伺服系統(tǒng)接收到設(shè)定值可以在 1 2 少了系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，增加了軋制產(chǎn)量，減小了操作工勞動(dòng)強(qiáng)度。 減少系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間 在自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)方案中主要思想是 性能控制器作為執(zhí)行器，即實(shí)現(xiàn)了改