棒材倍尺飞剪的控制与优化

棒材倍尺飞剪的控制与优化
2009年第6期
昆钢科技
KungangKej
棒材倍尺飞剪的控制与优化
杨仲康林舒俊王华轩杨云
(棒线厂)
2010年1月
摘要昆钢棒材生产线的起停式倍尺飞剪在采用穿水工艺后,不能正常工作.在对其检测系统和电
机编码器进行改进优化后,飞剪正常运行.
关键词棒材倍尺剪穿水冷却面积传感器ControllingandOptimizationofBarD0uble—lengthFlying
Shear
YangZhong——kangLinShu-jUDWangHua——xuanYangYun
(Bar&WireSteelRollingPlant)
AbstractThestart—stopdouble—lengthflyingshearofbarproductionlineinKISCwasn'tworkingproperlyafter throughwatercoolingtechn0logy.FlyingshearisworkingproperlyafterInitsinspectionsyst emalqdthemotor
encoderimprovementsandptimization. KeyWordsbardouble—lengthflyingshear;throughwatercoolingtechnology;areasensors 倍尺飞剪是棒材生产的关键设备,它直接影响
生产率和成材率.昆钢80万吨棒材生产线(简称:
轧钢第一作业区)于2004年4月建成投产,主要生
产012ram～40mmⅡ,Ⅲ级热轧带肋钢筋,倍尺飞
剪南北京钢铁设计院设计电控系统并进行调试,它
操作简单,维护方便,工作稳定,剪切精度高,能
够获得最大的产品收得率.该系统在生产线采用
穿水冷却新技术后,出现了不剪切的问题,经过
改进优化,倍尺飞剪动作的可靠性和倍尺精度得
到保证.
1设计原理
起停式飞剪在不剪切时是静止的,此位置称之
为原位,当控制系统发出剪切信号时,剪刀机从静
止迅速加速到最高速度对轧件进行分断剪切,剪切
完成后迅速停止于原位,其运转不大于一周.
整个倍尺飞剪由机械部分和电气部分组成.剪
机为组合式结构,分3种形式:回转式,曲柄式,
曲柄+飞轮式;传动系统为美国GE公司全数字直流
调速装置6KDV31350Q4F40D3型;电机采用上海
南洋电机厂生产的ZTFS一315—42型280KW低惯量电机(满足起,停要求),额定电压440V,额定
电流704A,基速650r/min,励磁电压220V,励磁
电流24A.
控制系统由CPU,高速计数器模块(HSC),
轴定位模块(APM),数字输人输出模块(DI/
D0)等组成.检测系统由HMD一0,HMD一1,
HMD一2(热金属检测器),轧线出口脉冲编码
器,电机轴脉冲编码器组成,见图1.
昆钢科技2009年第6期
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Figure1ControlSystemofFlyingShear
1.1轧件长度测量及剪切长度控制原理式中:LPP一一脉冲当量,mm;
飞剪系统对轧件长度的测量及剪切长度控制原Dw——工作辊径,ram;
理如式(1),轧件通过长度与单位脉冲对应,当PPR一一编码器每转脉冲数;
成品轧机工作辊径不变时,LPP基本为常数,L与Ni一一轧机减速箱速比,倍. 成正比,长度测量变成脉冲计数.通过两个HMD测量脉冲当量的方法称为测量L:N×LPP(1)优先,即直接测量法,计算公式为式(3):
式中:L一一轧件长度,mm;
N——成品轧机编码器输出脉冲数,个;
LPP一一脉冲当量,mm.
式(1)可理解为:假设HMD一1,HMD一2之间
的距离为10米,所需分段的倍尺长度为100米,轧
件头部通过此l0米的时间为1秒,计数器所记录的
出口机架脉冲数为10240个,那么在轧件速度稳定
的情况下lO秒后计数器所记录的出口机架脉冲数为
102400个,轧件通过长度为100米,此时达到设定
长度,控制系统发出命令启动飞剪,从而得到一个
倍尺品.
1.2脉冲当量的计算
脉冲当量的计算有两种方式:辊径优先和测量
优先.从工作辊径计算脉冲当量的方法称为辊径优
先(理论计算法),计算公式为式(2):
LPP=竹Dw/(PPRxi1(2)
LPP=L/N(3)
式中:LPP一一脉冲当量,mm;
L一一HMD一1～HMD一2之间的距离,mm;
N一一轧件头部通过HMD一1～HMD一2时
记录的脉冲数,个.
两种计算方法各有优,缺点.对于辊径优先
而言,其优点是:脉冲当量值稳定不变,即脉冲当
量的稳定度非常好;缺点是:1)辊径估计不准.
工艺上有两个辊径,即工作辊径和辊环直径.轧线
上设置的出口线速度是按照工作辊径计算出来的,
而轧件实际行走的线速度是比设置的出口线速度快
的,轧件经过轧辊的挤压有一定的前滑量,前滑值
一
般在3%～5%之间,因此,在飞剪设置工作辊
径时可以按工艺工作辊径×5%进行设置.辊环直
径是所安装的轧辊的最大辊径,因此在辊径估计不
准时,可以先按辊环直径进行设置.2)辊径变化
2009年第6期杨仲康,林舒俊,王华轩等:棒材倍尺飞剪的控制与优化不能自适应.在轧钢的过程中,随着时间的推移,
因为下列原因可导致工作辊径的变化:轧辊压下量
调整,轧辊磨损,轧辊温度变化引起的轧辊变形等
等.而辊径优先法永远按照设定辊径进行测长,测
速,剪切,对辊径的变化不能自动改变.
对于测量优先而言,其优点是:脉冲当量值准
确度高,能自动适应辊径变化;缺点是:易产生随
机误差.测量优先的脉冲当量值完全依赖于轧件头
部瞬间经过HMD一1和HMD一2热金属检测器时,能
否被检测到.
对于辊径优先和测量优先的使用通常是根据两
种测量方法的优势和缺陷,可以在轧钢的初期,即
调试完成后第一次轧钢,或更换热检后或调整热检
角度及灵敏度后或调整热检位置后的第一次轧钢,
或增加水冷以后的第一次轧钢,操作人员对热检检
测不信任时,先用辊径优先法,待在轧辊压下量调
整完毕,轧件尺寸合格后,经过几根钢的轧制,十
个脉冲当量的测量值偏差均在2‰以内,确认热检
测量准确后,再使用测量优先.
1.3应急剪切模式
倍尺飞剪的应急剪切模式,是针对当来自出
口机架脉冲信号有故障时或HMD一1或HMD一2有故障时,在轧线速度稳定时,也可获得较好的剪切
精度.所选定的关键热金属检测器(通常为HMD一
2)必须完好.进入应急剪切状态后,系统根据设
定的轧件线速度及分段长度给出分段参考时间来对
轧件进行分断剪切.但在实际生产过程中,轧线速
度往往不稳定,从而倍尺得不到优化,有时成材率
和定尺率不能满足要求.
2倍尺飞剪系统的优化
2.1倍尺飞剪存在的问题
倍尺飞剪检测系统工作时,通过热金属检测器
采集可见红外光源,经光电处理输出一个高电平信
号,进入PLC系统.比如:轧件HMD一1到HMD一2
之间的距离为A,HMD一2到倍尺剪之间的距离为
B.各个品种的线速度不同,所以通过A所需的时
间也不同,在PLC系统中,倍尺的长度是根据出口
机架编码器的脉冲数量来计算的.假设轧件的头部
在通过A这段距离时PLC系统共测得N个脉冲数量,
倍尺长度为L,则:(L/A)×N就等于当前倍尺长
度对应的脉冲数量,当PLC系统的高速记数模块计
够当前倍尺长度对应的脉冲数量时,发出剪切信号
使剪刀机动作,剪切出符合要求的倍尺产品.同时
在剪刀机的剪刃闭合瞬问倍尺剪PLC系统发出一个
剪刃闭合信号给冷床PLC系统,延时以后冷床裙板
动作.当尾钢倍尺剪不进行剪切时,冷床裙板动作
的HMD2信号消失,同时剪刀机的剪刃未闭合,倍
尺剪PLC系统同样发出一个信号给冷床PLC系统, 延时以后冷床裙板动作.
当应用穿水冷却工艺生产时,在精轧机出口,
即穿水冷却系统的人口处,HMD1检测到轧件信号至轧件通过HMD2(穿水冷却系统出口处)的一段
距离内,由HMD2发出两路高电平信号分别送到倍尺剪控制系统和高速计数模块,这时高速计数模块开始采集成品出口机架电机编码器的脉冲数量,并与倍尺剪控制系统所设定的倍尺长度对应的脉冲数量进行比较,在达到设定倍尺长度对应的脉冲数量时,控制系统发出剪切信号使倍尺剪动作,进行剪切.由此可以看出,决定倍尺剪能否正常剪切的关
键是:HMD1,HMD2能否准确,稳定的检测到轧
件通过信号,而通常所选用的低温型热金属检测器检测的被测物的表面辐射温度需~E300~C～1400~C 之间才能正常工作.在穿水轧制过程中,因为轧件
的表面温度过低(300cC左右),导致了HMD2不
能检测到轧件信号,破坏了剪刀机正常工作的条件,导致剪刀机不能剪切.为了解决这个问题,采
用剪刀机"应急剪切"功能,只能选择HMD1为关
键检测器.这样一来,第一段倍尺是HMD1检测到
轧件信号才开始计时,所以倍尺长度比设定值短了25m(穿水管道的长度),而尾钢则长出25米,从
而使得尾钢上不了冷床.因此,导致成品的倍尺长
度不能调整,尾钢上不了冷床等一系列问题.
此外,倍尺剪电机的编码器控制着倍尺剪的剪
切和定位,若编码器出现故障则会出现堆钢事故,
因编码器的电源出现问题而导致的跳轧事故是较为常见的原因.编码器的工作电源取自数字调速装
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置.通过对比发现:不同的数字调速装置所提供的
编码器电源的电压并不相同,即使是同一台数字调速装置所提供的电源电压也不稳定,而编码器工作在一个电源不稳定的条件下,它的数据反馈也就变得不稳定甚至是错误的,最终出现速度反馈信号丢失而跳闸.
2.2检测系统的优化
由于倍尺剪的控制程序受设计单位的知识产权
保护,不能通过修改或优化控制程序中的相关部分来解决和改善这一问题.第一作业区以简单可行,
稳定运行,投入少,并能保证实现倍尺剪的全部功
能为思路,设计了优化方案.
1)保持原有的控制程序,仍然采用光电检测
元件进行检测,重新改制一个检测元件替代原有的HMD2安装在穿水冷却系统出口处,以使轧件通过信号得到有效检测.
2)保证在较宽视场范围内(垂直视场70ram)
有效检测跳动较大的小物体,如:直径012mm的轧件,以避免因轧件跳动后脱离视场范围而产生信号误动作;检测距离在0.6～1.8m范围.
3)保证改制的光电检测元件能同时输出两个
常开性质的高电平接点信号给控制系统和高速计数模块,以满足控制条件.
4)现场的安装条件不作任何变更.
发射器接收器
5)为编码器提供稳定的工作电源.
2.3优化措施实施
2.3.1检测系统
通过对比测试多种光电检测元件,选择以面积
传感器作为改进的基本检测元件.面积传感器是一
种特殊的光电开关,可以在较宽的视场范围内检测
很小的目标,它不受被测物温度高低的影响,只要
有物体从面积传感器的发射器和接收器之间通过,
传感器问的光束被挡住,就会输出检测信号.
在原产品的基础上将普通光敏二极管更换为
高灵敏度光敏管,数量由l0只增加到12只;检测
视窗范围由55mm增加至70mm.为保证检测距离在0.6～1.8m范围,将光敏管工作电压提高了3V,仍
然保持在额定范围内.经过72/bt~通电老化试验,
元件温升保持在27～35℃正常范围内;至此,改制
的传感器已具备装机条件.
由于普通面积传感器输出接点均为一常开一
常闭,而控制系统和高速计数模块进入控制状态需
要的是两个常开性质的高电平接点,为此需将其进
行输出改制,在传感器无空间容纳更多元件的情况下,新增输出接点采取了以面积传感器输出信号推
动一个外接的带两常开,两常闭接点的中间继电器
给出两个常开信号的方式,满足了控制要求.改进
后的电气控制系统见图2.
棕色701—24V棕色电源电源
蓝色70一0V蓝色电源电源
白色白色3S4—24V\70103(3S4.16)同步信号同步信号黑色黑色3S4—24V\701—03SH/HMD-2输出输出701—01(24V)厂—]701-0V
ll
…一电骡々1日怂器
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图2改进后的飞剪控制系统
Figure2ImprovedControlSystemofFlyingShear
(下转44页)
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至至
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模拟量的遥测;支持2路4～20mA直流模拟量输出.
⑤通讯接口:双以太网,双RS485,电力行业
标准DL/T667—1999(IEC60870—5—103标准)的通讯规约.
⑥对时功能:软件报文对时;硬件脉冲对时功
能(支持IRIG—B码对时).
⑦保护信息方面的主要功能:装置描述的远方
查看;装置参数的远方查看;保护定值,区号的远
方查看,修改功能;保护功能软压板状态的远方查看,投退;装置保护开入状态的远方查看;装置运
行状态(包括保护动作元件的状态和装置的自检信息)的远方查看;远方对装置实现信号复归;故障
录波(包括波形数据上送)功能.
⑧具备冶金,钢铁行业系统的防爆认证.
7结束语
采用综合自动化控制方式和测控继电保护分
层布置方案,并实施无人值班管理模式是变电站自动化技术的发展趋势,不仅技术上先进可行,功能
完善,而且也极具经济性.鉴于变电站综合自动化
系统当前缺乏统一的国家标准,因此,在草铺新区
供配电网络的综合自动化系统的功能组合和设计优化过程中,应根据项目的具体情况,遵循科学,严
谨的工作原则,集思广益,用发展的眼光来进行变
电站综合自动化系统的建设,以保证电网安全,经济,可靠运行.
参考文献:
[1]丁书文,黄训诚,胡启迪,变电站综合自动
化原理及应用[M].北京中国电力出版社,2002 (上接32页)
因HMD2的安装位置与控制系统中的运算值是相对应的,因此在现场安装上,把改制的面积传感器安装于原HMD2的位置处.在使用中,又出现穿水管的水和蒸汽干扰了HMD2信号的问题,倍尺剪不能正常工作.为此提出了新的优化方案:将HMD2的安装位置由倍尺剪前移到倍尺剪后,并对PLC程序进行相应的修改,实现倍尺剪的稳定运行.
2.3.2电机编码器
编码器的工作电源直接由直流24V稳压电源提供,从根本上解决了电源的不稳定性.
2.4优化效果
2.4.1检测系统
HMD2由热金属检测器换为面积传感器,并将
其移到倍尺剪之后,保证了检测信号的可靠性又避免了外界对信号的干扰因素,确保了倍尺剪的稳定性和剪切精度.投入使用后,穿水轧制钢种的
定尺率及成材率得到大幅提高,避免了"应急剪切"中出现的首段倍尺短,末段倍尺长且不能上
冷床的情况.
2.4.2电机编码器
编码器采用工作电源单独供电后,没有出现过"速度反馈丢失"报警,从而保证了生产顺行.
3结束语
经过对倍尺剪的优化,达到了预期的目标;
"轧机倍尺剪控制检测装置"成为公司实用新型技术专利;优化过程中积累的经验,为今后让设备发挥更好的性能提供了借鉴和参考.。