吳濤

(萊鋼集團(tuán) 銀山型鋼有限公司板帶廠,山東 萊蕪 271126)

1 引言

帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)定位系統(tǒng)是整個(gè)加熱爐自動(dòng)出鋼系統(tǒng)的一個(gè)有機(jī)組成部分,在爐區(qū)諸多設(shè)備中出鋼機(jī)的行走控制部分可以說(shuō)是裝料端的核心設(shè)備,同時(shí)對(duì)該設(shè)備的控制精度以及工藝要求都是極為嚴(yán)格的。

2 控制過程及問題

推鋼機(jī)定位系統(tǒng)的控制過程為:在2#操作臺(tái)中操作步進(jìn)梁自動(dòng),該開關(guān)信號(hào)經(jīng)控制電纜傳輸?shù)?#臺(tái)PLC柜內(nèi),同時(shí)推鋼機(jī)機(jī)械式位置檢測(cè)信號(hào)(即前進(jìn)限位信號(hào)和后退限位信號(hào))也通過控制電纜傳輸?shù)皆?PLC柜內(nèi),經(jīng)由PLC內(nèi)部程序處理后通過DP通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)? KZ室內(nèi)ET200M分站。在1 KZ室內(nèi)由接觸器控制YZR200L-8,13 kW型交流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)以達(dá)到控制推鋼機(jī)行走和后退。由整個(gè)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及生產(chǎn)中的實(shí)際運(yùn)行可知,該控制系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)方面的問題。

1)推鋼機(jī)的推料桿為2個(gè)2.6 m共3.7 t重的機(jī)械部件組裝而成,推鋼機(jī)實(shí)際行程為2.28 m,推鋼機(jī)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間為10.6 s。該交流電機(jī)控制部分采用接觸器直接啟動(dòng),如此重的行走部件要在如此短的時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)、加速、前進(jìn)、停止、啟動(dòng)、加速、后退再停止,其運(yùn)動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的沖擊損壞是十分嚴(yán)重的。

2)推鋼機(jī)行程定位的關(guān)鍵檢測(cè)元器件為:LS212-P63MDW1型限位開關(guān),該開關(guān)由于工作性質(zhì)及加工精度的原因,其必須要聯(lián)結(jié)在電機(jī)減速箱端。由其工作性質(zhì)決定這樣的定位系統(tǒng)存在很大的定位誤差,并且在運(yùn)行一段時(shí)間后,由于聯(lián)接部位的磨損間隙增大,其檢測(cè)到的實(shí)際位置信號(hào)會(huì)發(fā)生很大的變化,由此維護(hù)人員要根據(jù)實(shí)際情況經(jīng)常調(diào)整限位開關(guān)的定位位置,以滿足生產(chǎn)需要。

3)LS212-P63MDW1型限位開關(guān)由于技術(shù)落后,在采購(gòu)備件時(shí)遇到許多困難,特別是由于一些備件的加工精度較差,在更換使用后經(jīng)常發(fā)生位置信號(hào)移位的故障,有時(shí)還會(huì)因開關(guān)觸點(diǎn)接觸不良發(fā)生檢測(cè)不到位置信號(hào)的嚴(yán)重事故。因此采用一種新的控制模式以及新的控制元器件勢(shì)在必行。

4)采用現(xiàn)行的控制技術(shù)已不能完全滿足生產(chǎn)工藝的需求,隨著生產(chǎn)節(jié)奏的加快,由于推鋼機(jī)故障事故的頻頻產(chǎn)生,原來(lái)那些控制技術(shù)落后的設(shè)備已不能適應(yīng)現(xiàn)行的需要。

5)在爐區(qū)設(shè)備中運(yùn)行著大量的需要精確定位的電氣設(shè)備,比如出料爐門、出料機(jī)行走、出料機(jī)抬起、挑料機(jī)等設(shè)備。這些設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀和推鋼機(jī)一樣存在著諸如此類的問題,采取何種控制模式對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行控制技術(shù)的改造,成為一個(gè)新的課題。

針對(duì)以上問題,我們決定采取新的控制技術(shù)利用新的控制元器件,對(duì)推鋼機(jī)的自動(dòng)、精確定位進(jìn)行適應(yīng)生產(chǎn)的改造,同時(shí)讓該控制技術(shù)成為一種成熟的可以大范圍利用的新控制模式。

3 技術(shù)方案

3.1 總體技術(shù)思路

帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位電氣控制系統(tǒng)主要組成為:西門子S7300 PLC、ET200M,臺(tái)達(dá)VFD300B46A型變頻控制器、VFDB4030型制動(dòng)單元,ABB公司GJE-2型每轉(zhuǎn)600碼旋轉(zhuǎn)編碼器,歐姆龍公司H7CX型雙路計(jì)數(shù)器、YZR200L-8,13 kW型交流電機(jī)等設(shè)備。

GJE-2型旋轉(zhuǎn)編碼器通過軟聯(lián)接方式直接與電機(jī)軸聯(lián)接,該編碼器每轉(zhuǎn)輸出600碼,實(shí)際檢測(cè)推鋼機(jī)行程為2.28 m,在該行程中編碼器共輸出55 200碼,則其檢測(cè)精度計(jì)算為:2 280 mm/55 200=0.04mm/個(gè),即旋轉(zhuǎn)編碼器每個(gè)脈沖實(shí)際控制精度可以保證在0.1 mm級(jí)。

在保證VFD300B46A型變頻控制器與VFDB4030型制動(dòng)單元等設(shè)備安全運(yùn)行的情況下,調(diào)整變頻器的制動(dòng)時(shí)間為0.3 s,即推鋼機(jī)電機(jī)可以在0.3 s內(nèi)完全制動(dòng)停止。該交流電機(jī)為YZR200L-8,13 kW型,其轉(zhuǎn)速為748 r/min。在0.3s制動(dòng)時(shí)間內(nèi)編碼器實(shí)際輸出脈沖為:0.3×12.6×600=2268個(gè),在實(shí)際預(yù)置計(jì)數(shù)器值時(shí)減去該值以修正實(shí)際行程值。

在推鋼機(jī)行程為1.7 m時(shí),計(jì)數(shù)器的第2路預(yù)值輸出信號(hào)作為電機(jī)的減速信號(hào),控制變頻器輸出頻率為40 Hz,保證電機(jī)在比較低的轉(zhuǎn)速下平穩(wěn)的可靠減速,直至在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完全停止運(yùn)行。

機(jī)械式液壓抱閘器作為從動(dòng)設(shè)備不參與推鋼機(jī)行程的自動(dòng)定位,這樣推鋼機(jī)無(wú)論是在行走、還是后退行程距離完全依靠電氣設(shè)備自動(dòng)控制,從而消除了誤差。

3.2 技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)

3.2.1 控制技術(shù)

考慮到該類設(shè)備的重要性,為了提高系統(tǒng)的整體可靠性,我們?cè)O(shè)置了變頻器控制和直接工頻啟動(dòng)并行的控制方法,正常狀態(tài)下用變頻啟動(dòng),在變頻器出現(xiàn)故障時(shí),使用工頻啟動(dòng),兩者之間可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)和負(fù)荷開關(guān)的切換來(lái)完成,整個(gè)過程不超過1 min,極大地縮小了故障影響的時(shí)間。其原理圖如圖1所示。

將GJE-2型旋轉(zhuǎn)編碼器的A路輸出信號(hào),分別接在H7CX型雙路計(jì)數(shù)器的2個(gè)計(jì)數(shù)輸入端。將計(jì)數(shù)器的第1個(gè)預(yù)值設(shè)為推鋼機(jī)的實(shí)際行程,將第2個(gè)預(yù)值設(shè)定為其行程的減速點(diǎn),計(jì)數(shù)器的第1路輸出信號(hào)輸入值班室內(nèi)ET200M模塊中,作為PLC程序中推鋼機(jī)“前限位I”后“推鋼機(jī)后限位I”,在程序中組成推鋼機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)。ET200M的輸出信號(hào)“1ZG”作為控制變頻器的運(yùn)行信號(hào),即變頻器在該信號(hào)下以設(shè)定的第1工作頻率50 Hz驅(qū)動(dòng)推鋼機(jī)電機(jī)前進(jìn);當(dāng)推鋼機(jī)前進(jìn)至減速點(diǎn)位置時(shí),計(jì)數(shù)器第2路預(yù)值達(dá)到,其輸出1個(gè)開關(guān)量信號(hào)控制繼電器J4,J4的輸出點(diǎn)控制變頻器Mi2,使其驅(qū)動(dòng)電機(jī)在40 Hz頻率下減速運(yùn)行。電機(jī)減速運(yùn)行到行程限位時(shí),計(jì)數(shù)器的第1路預(yù)值輸出即“前限位I”輸入 PLC內(nèi),程序運(yùn)行輸出前進(jìn)停止信號(hào),變頻器在0.3 s內(nèi)停止電機(jī)運(yùn)行。變頻器的多功能輸出端Mo1控制繼電器J3,在變頻器內(nèi)部定義該端子功能為:設(shè)定計(jì)數(shù)值達(dá)到指示,每當(dāng)變頻器停止運(yùn)行時(shí),繼電器J3得電,其輸出信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的復(fù)位、清零信號(hào)。同理推鋼機(jī)在后退時(shí)依然會(huì)按照設(shè)定的行程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位。

3.2.2 安全技術(shù)保障

在實(shí)際使用中為VFD300B46A型變頻控制器加裝一塊速度PG采集卡,其作用為:1)將編碼器的B路脈沖信號(hào)輸入到該卡,監(jiān)控編碼器輸出信號(hào)是否正常,一旦編碼器信號(hào)異常,該卡會(huì)立即輸出信號(hào),停止變頻器運(yùn)行;2)該卡同時(shí)可以監(jiān)控電機(jī)速度是否異常,保證電機(jī)不發(fā)生失速故障,行程不受控;3)作為計(jì)數(shù)器的清零、復(fù)位輸出信號(hào)的組成部分。

圖1 變頻器控制原理圖Fig.1 Converter control principle

4 實(shí)施效果及結(jié)論

此項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于研究推鋼機(jī)自動(dòng)定位控制系統(tǒng),保證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位,控制精度得到了可靠的提升,為快節(jié)奏的生產(chǎn)提供了可靠的保障。相比較改造前推鋼機(jī)由于定位不準(zhǔn)確造成的粘鋼事故,以及影響出鋼機(jī)出鋼節(jié)奏、調(diào)整機(jī)械限位等故障時(shí)間,可以說(shuō)改造效果十分顯著。同時(shí)維護(hù)人員的工作量大為降低,每次機(jī)械維護(hù)人員在更換出料桿或者是維護(hù)出料桿,需要重新微調(diào)推鋼機(jī)行程時(shí)只要在控制柜內(nèi)改變計(jì)數(shù)器的第1預(yù)值即可。進(jìn)而使調(diào)整限位工作變得十分簡(jiǎn)單可靠,同時(shí)避免了過去必須在設(shè)備開動(dòng)的情況下工作而易造成的人身傷害事故。

帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)項(xiàng)目實(shí)施后,在提高區(qū)域設(shè)備運(yùn)行可靠性的同時(shí),創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)投入正常的生產(chǎn)使用,各項(xiàng)功能與技術(shù)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到了改造的預(yù)期目的,實(shí)現(xiàn)了高效、可靠、先進(jìn)的自動(dòng)定位控制系統(tǒng)。帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)通過對(duì)帶鋼車間加熱爐推鋼機(jī)自動(dòng)定位系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā),大幅度提高設(shè)備的控制精度,降低設(shè)備故障停機(jī)時(shí)間、達(dá)到了生產(chǎn)工藝的要求。