寬厚板熱矯直區(qū)域的板材追蹤與速度控制

趙 崠 吳慶君

(1.太原重工股份有限公司矯直機研究所，山西030024;2.淮南市石油化工機械設備公司技術(shù)部，安徽 232033)

寬厚板熱矯直區(qū)域的板材追蹤與速度控制

趙 崠1吳慶君2

(1.太原重工股份有限公司矯直機研究所，山西030024;2.淮南市石油化工機械設備公司技術(shù)部，安徽 232033)

根據(jù)生產(chǎn)工藝對寬厚板熱矯直機區(qū)域的自動化控制要求，介紹了區(qū)域中的設備組成以及板材追蹤、速度控制、功能模式、板材矯直等技術(shù)方案。

寬厚板;熱矯直機;板材追蹤;速度控制

寬厚板熱矯直區(qū)域的自動化過程是緊密圍繞對板材的追蹤與速度控制來實現(xiàn)的，制定科學完善的控制要求是提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，強化生產(chǎn)管理的重要前提。

1 熱矯直區(qū)域的設備組成

寬厚板熱矯直區(qū)域是指從ACC冷卻設備后到冷床前的區(qū)域(見圖1)。

主要設備包括:ACC冷卻設備出口側(cè)熱金屬檢測儀、進料側(cè)輥道區(qū)、矯直機入口側(cè)高溫計、矯直機入口側(cè)熱金屬檢測儀、熱矯直機、矯直機出口側(cè)高溫計、矯直機出口側(cè)熱金屬檢測儀、出料側(cè)輥道區(qū)。

2 熱矯直區(qū)域的板材追蹤

矯直過程中的板材追蹤是通過計算測量板頭、板尾的位置來實現(xiàn)的。

熱矯直區(qū)域內(nèi)的板材追蹤分三個區(qū)域，從板頭到達ACC冷卻設備出口側(cè)熱金屬檢測儀開始，到板尾離開出料側(cè)輥道結(jié)束。期間即使是矯直機與輥道PLC控制權(quán)限交接失效，也可完成板材的追蹤。

2.1 功能要求

矯直機PLC與進、出料側(cè)輥道PLC間能進行控制權(quán)限交接;板材在矯直機咬入板頭和拋出板尾時分別對兩組傳動單元采用力矩控制;具有人機界面顯示。

2.2 板頭追蹤

當板材到達ACC冷卻設備出口側(cè)的熱金屬檢測儀位置時，熱檢發(fā)出第一個信號開始追蹤，并把此位置作為板長的零位。而后以反饋的輥道傳動速度計算追蹤板頭的運動，矯直機主傳動速度控制結(jié)合矯直機進、出料側(cè)的熱檢對板頭的檢測進行調(diào)整。

圖1 熱矯直區(qū)域Figure 1 Hot straightening location

板長參數(shù)由矯直機二級控制發(fā)送。

板材追蹤設置了等待區(qū)域、矯直區(qū)域、移出區(qū)域。當矯直區(qū)域沒有板材時，板材可進入到矯直區(qū)域，下一板材可進入到等待區(qū)域。通過控制按鈕可將板材從矯直區(qū)域調(diào)整到移出區(qū)域，或從等待區(qū)域調(diào)整到矯直區(qū)域。

2.3 板尾追蹤

板尾的零位是由板材零位與從矯直機二級接收的板長值計算得出的。而后以反饋的輥道傳動速度計算追蹤板尾的運動，矯直機主傳動速度控制結(jié)合矯直機進、出料側(cè)的熱檢對板尾的檢測進行調(diào)整。

板長誤差:由板頭零位和從矯直機二級接收的板長值計算得出的板尾位置值，與ACC冷卻設備出口側(cè)的熱檢測的實際板尾位置值的誤差大于10%并不小于1 m時，將會發(fā)出板長誤差信號。在這種情況下的輥道控制，將取兩個值中的大值作為輥道控制的板長參數(shù)。

當板尾到達矯直機出口第二個輥道區(qū)后追蹤停止，對這塊板的追蹤過程完成，追蹤數(shù)值重新清零。

3 熱矯直區(qū)域的速度控制方式

熱矯直區(qū)域的速度控制是通過在矯直過程中對板材位置的追蹤，對矯直機主傳動、進出料側(cè)輥道進行速度控制。主要包括5種功能:板材的追蹤定位、不同區(qū)域間的控制權(quán)限交接、連續(xù)執(zhí)行矯直工藝、預設工藝參數(shù)、預設工藝參數(shù)的選擇與通訊。

3.1 矯直機的傳動布置形式與速度控制方式

熱矯直機工作輥采用2臺AC電機分組傳動的方式。第一組包括進料側(cè)的4根工作輥，第二組包括出料側(cè)的5根工作輥。

當采用速度控制時，轉(zhuǎn)速由傳動回路控制，PLC給定速度要求和力矩限制并接收實時反饋。調(diào)整傳動速度時，速度值為速度公稱值與速度增量之和;由速度控制器從PLC產(chǎn)生相應的力矩限制值，可通過對電機的電壓、電流值的控制最終實現(xiàn)相應的力矩控制。

由此可知電機的控制方式可采用速度控制或者力矩控制，從而進一步優(yōu)選為:由公稱速度與速度增量得出的相應力矩控制(見圖2)。

相應力矩控制方式與純力矩控制方式相比具有以下特點:

(1)純力矩控制方式在正常情況下是不會達到力矩限定值的。換而言之，力矩控制器產(chǎn)生的力矩值僅是由速度控制器給出。

(2)相應力矩控制方式中矯直力矩的限定值，是依據(jù)板材位置追蹤矯直過程與速度增量的變化，由力矩控制器對兩組傳動單元分別進行相應的力矩控制。

4 熱矯直區(qū)域的速度功能模式

熱矯直區(qū)域的速度控制要求實現(xiàn)以下幾種功能模式。

4.1 正常停止

當矯直機內(nèi)沒有板材時，操作工可在主操作臺按下“停止”按鈕執(zhí)行此操作，熱矯直區(qū)域內(nèi)所有傳動電機按S型速度控制曲線降速為零。

4.2 急?？刂?/p>

操作工可在主操作臺或現(xiàn)場操作箱上按下“急停”按鈕執(zhí)行此操作。因急停直接控制傳動電機以最快的減速斜率完成制動，其在傳動失控下會造成設備損壞，故僅可用于防止人身事故的緊急情況。

4.3 加速和減速

此功能模式用于板材矯直過程中從停止到板頭穿帶速度，從板頭穿帶速度到矯直速度，再由矯直速度到板尾拋出速度，以及從上述速度降到正常停止時的速度調(diào)整。

線速度值依據(jù)輥子直徑換算，由矯直機二級傳送并按S形速度控制曲線響應。

圖2 矯直機主電機力矩控制Figure 2 Moment control of straightenermotor

4.4 手動調(diào)速

在穿帶和矯直過程中，操作工可在矯直機二級傳送的最大速度限值內(nèi)，通過主操作臺上的按鈕執(zhí)行手動調(diào)速，手動調(diào)速按S形速度控制曲線的斜率完成。

4.5 手動微調(diào)

手動微調(diào)用于準確停車定位。當矯直機輥縫處于預設值(板材厚度尺寸確認)，或全部打開(板材厚度尺寸未經(jīng)確認或板材已離開矯直機)時，操作者在矯直機正常停止或等待狀態(tài)下，可執(zhí)行此功能。減速停車時S型速度控制曲線的STime時間減少3/4，操作者可控制傳動電機在所需位置準確的停止運行。

在微動狀態(tài)下，矯直機進料側(cè)傳動電機為速度控制模式，出料側(cè)電機為速度有微小增量的最小的力矩控制模式。當進出料輥道處于空置狀態(tài)時，微動模式也可以用于輥道傳動。

PLC控制輥道運輸板材，如果板頭板尾的追蹤檢測值小于1 m或發(fā)生控制故障，微動模式將會停止。

4.6 維護模式

在維護模式下，傳動以零力矩值模式控制，除維護微動外，其余所有運轉(zhuǎn)將被禁止。

4.7 維護微動

在執(zhí)行換輥操作的維護模式下，操作者由傳動側(cè)的現(xiàn)場控制箱執(zhí)行主傳動的維護微動，可正向、反向旋轉(zhuǎn)萬向接軸，以微量調(diào)整萬向接軸花鍵套與矯直輥軸頭花鍵的連接位置，便于換輥。

微動轉(zhuǎn)速緩慢在參數(shù)界面數(shù)據(jù)中零顯示。

4.8 板材通過

板材不經(jīng)矯直直接通過矯直機的要求由二級控制系統(tǒng)傳送，此時矯直機輥縫值處于全部打開，板材只經(jīng)矯直機傳送，幾乎不存在傳動力矩，故傳動采用速度控制方式。

參數(shù)界面中力矩值零顯示。

4.9 輥道傳送

按照“小總部、大產(chǎn)業(yè)”的思路推動集團本部改革，明確省農(nóng)墾集團-產(chǎn)業(yè)集團及區(qū)域集團-子公司（含農(nóng)場基地公司）各級企業(yè)的定位、職能和管理權(quán)限，建立適應市場經(jīng)濟要求、精簡高效的集團運作架構(gòu)。完善各級企業(yè)法人治理機構(gòu)，建立健全權(quán)責對等、運轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)、有效制衡的決策執(zhí)行監(jiān)督機制和靈活高效的市場化經(jīng)營機制，黨組織的領導核心和政治核心作用、董事會的決策作用、監(jiān)事會的監(jiān)督作用、經(jīng)理層的經(jīng)營管理作用的職責劃分明確，實現(xiàn)規(guī)范的公司治理。推動農(nóng)場進一步樹立企業(yè)經(jīng)營理念，精簡機構(gòu)人員，增強經(jīng)營能力。

此模式用于當矯直機出現(xiàn)故障時，為保證生產(chǎn)線的連續(xù)運轉(zhuǎn)，板材直接通過矯直機傳送，要求進出料側(cè)輥道的速度相同。

4.10 等待模式

4.10.1 進出料輥道的等待模式

高溫熱板在輥道區(qū)域某處停留時間過長會造成輥子的受熱不均勻，當板材追蹤檢測到熱板停留時間超過了設定的調(diào)整時間，等待模式自動運行并發(fā)出信號。

等待模式可循環(huán)執(zhí)行板材所處區(qū)域輥道的正、反兩方向轉(zhuǎn)動，調(diào)整板材位置，平衡熱板在某處停留時間過長造成的輥子受熱不均勻;輥道等待模式的運行要求將矯直機的控制交接到整個輥道執(zhí)行。

出料側(cè)輥道的等待模式用于板材矯直完成后，操作者按鈕確認之前的時間段。

4.10.2 矯直機的等待模式

矯直機在完成板材矯直后自動進入等待模式，直到下一塊板材進行穿帶。等待模式中兩主電機速度參數(shù)恒定，如果其一出現(xiàn)力矩，則退出該模式并發(fā)出信號。

5 板材矯直

5.1 設備檢查

矯直機經(jīng)過標定，設備運行正常無故障。

冷卻水、油氣潤滑站開啟，流量充足循環(huán)暢通。

進出料輥道控制功能正常，可依據(jù)板長參數(shù)控制輥道，如無板長參數(shù)輸入則取最大值。

矯直機傳動機構(gòu)運行平穩(wěn)無噪音無卡滯。

5.2 矯直機的準備工況

顯示矯直機壓下量與彎輥值。

經(jīng)“板材移出”操作確認區(qū)域內(nèi)無板材。

檢查矯直機內(nèi)確無板材。

設備處于操作模式。

二級控制系統(tǒng)可預設板厚尺寸，快速調(diào)整輥縫值到達比板厚大5 mm的預設位置。

二級控制系統(tǒng)無法預設板厚尺寸時，快速調(diào)整輥縫值到達比最大板厚大5 mm的預設位置。

5.3 進料輥道速度控制

5.3.1 經(jīng)“送料開始”確認的速度控制

經(jīng)操作者確認“送料開始”后，進料側(cè)輥道可連續(xù)調(diào)速將板材送至矯直機前。

板頭出ACC冷卻設備后到達X位置(進料側(cè)高溫計前約3 m)之前，二級控制系統(tǒng)已完成矯直機輥縫值與彎輥值的參數(shù)預設，并于人機界面顯示預設參數(shù)。

當板頭以“送料開始”速度到達X位置時，進料側(cè)輥道交接由矯直機PLC控制，“送料開始”速度在進料側(cè)高溫計與位置Y(進料側(cè)熱檢前大約0.5 m)之間降低到穿帶速度，板頭以穩(wěn)定的穿帶速度經(jīng)進料側(cè)熱檢輸送到矯直機前(見圖3)。

5.3.2 未經(jīng)“送料開始”確認的速度控制

板頭出ACC冷卻設備到達X位置時開始降速，于進料側(cè)高溫計處停止等待，ACC冷卻系統(tǒng)向矯直機傳遞冷卻完成信號;進料側(cè)輥道由矯直機PLC控制，顯示交接完成信號。

操作者啟動穿帶送料，板頭由等待位置到達Y位置之前，進出料輥道與矯直機主傳動加速到穿帶速度，板頭以穩(wěn)定的穿帶速度經(jīng)進料側(cè)熱檢輸送到矯直機前(見圖4)。

圖3 經(jīng)“送料開始”確認的速度控制Figure 3 Speed control confirmedby the charging startmode

圖4 未經(jīng)“送料開始”確認的速度控制Figure 4 Speed control unconfirmed by the charging startmode

在板材處于降速階段但速度值仍高于穿帶速度時，操作者如啟動穿帶送料，進料側(cè)輥道交接由矯直機PLC控制，板頭到達Y位置時速度會降到穿帶速度。

在任何情況下，板頭到達X位置后，進料側(cè)輥道PLC都會控制板頭停止在進料側(cè)高溫計處，故當進料側(cè)輥道與矯直機PLC控制交接無法完成時，板材也會停止于進料側(cè)高溫計處。

5.4 矯直參數(shù)的預設

板頭出ACC冷卻設備到達X位置之前，由二級控制系統(tǒng)完成矯直參數(shù)預設，并于人機界面顯示以下預設參數(shù):輥縫預設值與彎輥預設值;板頭穿帶、中間矯直、板尾拋出時的速度預設值;兩組傳動單元的力矩分配預設值。

這些參數(shù)可經(jīng)操作者修改，由操作者按下“送料開始”確認。5.5 板頭穿帶

穿帶中的板頭位置是通過計算穿帶速度進行追蹤，依據(jù)穿帶中參與矯直板材工作輥數(shù)量的實時增加，對兩組傳動單元分別進行力矩控制以防止接軸斷裂。

當板頭到達矯直機出料側(cè)熱檢處穿帶過程結(jié)束，由穿帶速度自動加速到矯直速度。

5.6 板材矯直

板材以預設的矯直速度進行矯直，操作者可通過主操作臺調(diào)整矯直速度，但最高速不能超過二級控制系統(tǒng)預設的矯直速度。

5.7 板尾拋出

當板尾到達矯直機進料側(cè)熱檢處執(zhí)行板尾拋出，矯直速度自動加速到拋出速度，拋出過程中通過速度計算追蹤板尾位置，依據(jù)參與矯直板材的工作輥數(shù)量實時減少，對兩組傳動單元分別進行力矩控制以防止接軸斷裂，當板尾到達矯直機出料側(cè)熱檢處完成。5.8 多道次矯直

當選擇多道次矯直板材時，板材完成第一道次矯直后傳動單元反向運行，位于矯直機出料側(cè)的板材往復進行第二道次矯直。重復以上板頭穿帶、板材矯直、板尾拋出的矯直過程。

選擇多道次矯直板材時操作者必須確認選擇的矯直道次為單數(shù)。

5.9 出料輥道速度控制

5.9.1 經(jīng)“板材移出”確認的速度控制

板材完成矯直后，板尾出矯直機到達Z位置(出料側(cè)高溫計前約2m)之前，操作者按下“板材移出”確認后，出料側(cè)輥道連續(xù)調(diào)速將板材送至冷床。

當板尾以“板尾拋出”速度到達Z位置時，出料側(cè)輥道控制由冷床PLC控制交接，“板尾拋出”速度在位置Z與出料側(cè)高溫計之間增加到板材移出速度，板尾以穩(wěn)定的移出速度經(jīng)出料側(cè)高溫計輸送到冷床(見圖5)。

5.9.2 未經(jīng)“板材移出”確認的速度控制

板材完成矯直后，板尾出矯直機到達Z位置開始降速，于出料側(cè)高溫計處停止等待，熱矯直機

圖5 經(jīng)“板材移出”確認的速度控制Figure 5 Speed control confirmed by the plate shifting outmode

向冷床發(fā)送矯直完成信號。出料側(cè)輥道控制由冷床PLC控制交接，顯示交接信號。

操作者啟動“板材移出”，進出料輥道加速到移出速度輸送板材到冷床(見圖6)。

圖6 未經(jīng)“板材移出”確認的速度控制Figure 6 Speed control unconfirmed by the plate shifting outmode

在板材處于降速階段但速度值仍高于移出速度時，操作者如啟動“板材移出”，進料側(cè)輥道交接由冷床PLC控制，以板材移出速度送至冷床。

在任何情況下，板尾到達Z位置后，出料側(cè)輥道PLC都會控制板尾停止在出料側(cè)高溫計處，故當冷床控制與出料側(cè)輥道控制交接無法完成時，板材也會停止于出料側(cè)高溫計處。

6 結(jié)論

以上控制要求在實際應用中還應根據(jù)各自生產(chǎn)線的特點，在實現(xiàn)主要控制要求的基礎上，可對其中的一項或幾項進行改進擴展，達到科學嚴謹、經(jīng)濟實用的目的。

編輯 傅冬梅

Plate Track and Speed Control ofWide and Heavy Size Plate Hot Straightening Location

Zhao Dong，W u Qingjun

Based on need for automatization control ofwide and heavy size plate hot straightening location bymanufacturing technique，the equipment components of the location and technical projects of plate track，speed control，functionmode and plate straightening have been described.

wide and heavy size plate;hot straightener;plate track;speed control

TG333

A

2013—11—07