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          棒材3#飛剪剪切控制及改進措施

          作者: 來源: 日期:2012-11-26 19:43:04 人氣:7380

          摘要:棒材生產在穿水軋制過中,因信號檢測系統不能正常工作,引起3#飛剪誤動作或者不動作,不能滿足生產設備的控制要求,基于此對3#飛剪的剪切控制原理進行介紹,并分析影響飛剪剪切精度及穩定性的原因以及總結改進方法。經過實際應用和不斷改進,現在3#飛剪已經達到工作穩定、剪切精度高、便于維護、能獲得較大的產品收得率。

          關鍵詞:3#飛剪剪刃   熱金屬檢測器   脈沖編碼器  軋鋼剪刃

          一、   前言

          棒線廠第一作業區軋制生產線由18臺軋機和3套飛剪組成。1#飛剪是起停式曲柄剪,位于6#軋機后,用于粗軋坯的切頭和事故碎斷;2#飛剪是起停式回轉剪,位于12#軋機后,用于中軋切頭和切尾;3#飛剪是起停式倍尺飛剪,用于棒材產品的倍尺分斷,是棒材生產線的咽喉,與棒材生產工藝結合非常緊密,其性能是否優良,運行是否可靠對整個生產線的作業率和產品收得率有著至關重要的影響。

          棒線廠在投產后為了適應市場需求,大批量生產Ⅲ級熱軋帶肋鋼筋,在工藝上采用了穿水軋制等棒材生產的新技術。軋制工藝改為穿水軋制后,軋件的表面溫度由原來的1000℃左右降低至300℃左右;而且在穿水軋制中,易產生大量的水蒸汽,這些因素容易造成3#飛剪信號采集出錯,造成3#飛剪誤動作或者不動作。3#飛剪動作的正常與否直接影響下游設備的動作。出現異常時會引起堆鋼以及造成設備損壞,造成停車,加大精整工人的勞動強度,直接影響了生產作業率和產品成材率等經濟指標?;谏鲜鲈驅ζ渥龀鱿鄳母倪M和完善,抑制了外界環境因素所造成不利的影響,保證了正常剪切并且提高了剪切精度,達到了預期目的。

          二、3#飛剪剪刃控制系統

          1、硬件配置

          電機:采用了低慣量他勵電動機,型號為ZTFS-315-42,額定功率為280KW,額定電樞電壓為440V,額定電樞電流為704A,額定轉速為650r/min,勵磁電壓為220V,勵磁電流為24A。

          主傳動:美國GE公司全數字直流調速裝置6KDV31350Q4F40D3型。

          檢測元件:熱金屬檢測器(HMD0、HMD1、HMD2)、軋線出口脈沖編碼器、電機軸脈沖編碼器。

          PLC系統:CPU、高速計數器模塊(HSC)、軸定位模塊(APM)、數字輸入輸出模塊(DI/DO)以及電源模塊等。

          改進前控制系統硬件布置如圖1所示:

          棒材3#飛剪剪切控制及改進措施

          M—電動機      DRIVE—全數字直流傳動    HMD0—熱金屬檢測器   HMD1—熱金屬檢測器  HMD2—熱金屬檢測器  PG—電動機脈沖編碼器      APM—軸定位模塊     HSC—高速計數器模塊    

          2、剪刃位置控制和飛剪的工藝要求

          2.1剪切工藝對飛剪的基本要求

          在剪切軋件時,飛剪剪刃在軋件運動方向的分速度vx應該與軋件運動速度v0相等或稍大,vx=(1~1.03)v0,即應以同步速度進行剪切。若vx﹤v0,則剪刃將阻擋軋件前進,造成軋件彎曲甚至軋件纏刀事故;若vx比v0大得多,剪刃將使軋件產生較大的拉應力,影響軋件的剪切質量,同時增加飛剪的沖擊負載。

          2.2剪刃位置控制


          飛剪控制系統中,剪刃的位置是用角度表示的剪刃的位置是隨傳動電機按一個方向旋轉,旋轉一周為360°,剪刃的運動軌跡見圖2。

          棒材3#飛剪剪切控制及改進措施

          AY—剪刃切入角的位置    Ax—剪刃剪出角的位置    Az—原位

          剪刃從原位Az加速至剪刃切入角AY的位置,為剪切過程的加速區(  v飛剪﹤v軋件 ),到達剪切范圍后穩速運行,剪切過程進入同步區,此時剪刃速度和軋件速度同步或剪刃速度約高于軋件速度(0~3%),實施剪切,并且剪刃繼續穩速運行,直到剪刃到達剪出角Ax后完成全部剪切過程,開始減速,并執行剪刃自動定位控制,直至停止在原位,準備下一次剪切。整個剪切過程中,飛剪剪刃位置控制是由APM軸定位模塊與直流傳動裝置共同組成的高精度的控制系統完成,剪刃位置檢測由飛剪電機軸端增量編碼器與原位標定接近開關共同完成。

          2.3軋件長度測量及分段長度控制

          2.3.1軋件長度測量

          軋件長度:L= NLPP

          N:成品軋機編碼器輸出脈沖增量

          LPP:脈沖當量,即單位脈沖對應的軋件長度

          LPP的計算方法:輥徑優先和測量優先

          (1)輥徑優先:即LPP=p×Dw/(PPR×i)

          LPP:脈沖當量

          Dw:工作輥徑

          PPR:編碼器每轉脈沖數

          i:軋機減速箱速比

          (2)測量優先:即LPP=L/N

          L:HMD1~HMD2之間的距離

          N:軋件頭部通過HMD1~HMD2時記錄的脈沖數

          2.3.2分段長度控制

          分段長度:Lc=(Ld×Nd+La)/ K

          Ld:定尺長度,按實際冷剪定尺長度設定

          Nd:倍尺根數

          La:附加長度,按冷剪齊頭、齊尾長度及飛剪剪切誤差、HMD1~HMD2間距離測量誤差等因素設定

          K:冷縮率,為軋件冷態長度與熱態長度的比值,0.98~0.99。

          當前分段長度對應的脈沖數量Nc=( Lc /L)×N

          分段剪切控制:當軋件的頭部通過L這段距離時PLC系統共測得N個脈沖數量,分段長度為Lc,則當前分段長度所對應的脈沖數量為Nc。當HMD1檢測到軋件信號至軋件通過HMD2的這一段距離內由HMD2發出兩路高電平信號分別送到飛剪控制系統和高速計數模塊,這時高速計數模塊開始采集成品出口機架電機編碼器的脈沖數量,并與當前分段長度對應的脈沖數量進行比較,在達到分段長度所對應的脈沖數量時,3#飛剪電機開始動作,剪切出預期的分段長度。


           

          三、穿水軋制后3#飛剪剪刃剪切不穩定的原因

          1、原因分析

          由上述飛剪剪切控制我們認真分析加以總結,最后得出:3#飛剪的關鍵設備是兩個金屬檢測器HMD1、HMD2和出口機架電動機脈沖編碼器以及飛剪電動機脈沖編碼器。在整個剪切過程中如果信號采集出錯,就會造成倍尺長度計算不準,飛剪剪切動作提前或滯后,甚至不剪切等故障,嚴重影響軋鋼節奏和成材率。

          1.1熱金屬檢測器

          自從工藝上采用穿水軋制后,軋件的表面溫度由原來的1000℃左右降低至300℃左右,而金屬檢測器在被測物體溫度低于500℃時就檢測信號不穩定,所以HMD2檢測不到有鋼信號;同時在穿水軋制過程中,易產生大量的水蒸汽,造成金屬檢測器信號閃斷或檢測不準,上述原因破壞了剪刀機正常工作的條件,導致3#飛剪不剪切。

          1.2電機編碼器

          3#飛剪電機的編碼器控制著飛剪的剪切速度和剪刃定位,若編碼器出現故障則會出現堆鋼事故,因編碼器的電源出現問題而導致的跳閘事故是較為常見的原因。編碼器的工作電源取自數字調速裝置。通過對比發現:不同的數字調速裝置所提供的編碼器電源的電壓存在著差異,即使是同一臺數字調速裝置所提供的電源電壓也不穩定,而編碼器工作在一個電源不穩定的條件下,它的數據反饋也就變得不穩定甚至是錯誤的,最終出現速度反饋信號丟失而跳閘。

          四、改進措施

          改進方案的思路主要是:以簡單可行、穩定運行、投入少、并能確保實現3#飛剪的全部功能。

          1、HMD1檢測元件的改進

          HMD1安裝在穿水系統前不遠處容易受到水蒸汽影響而檢測不到信號,針對此原因,在檢測元件箱至檢測口加裝壓縮風管,采用壓縮空氣進行吹掃檢測口,清除水霧和渣子,保證HMD1不受外界環境的影響。

          2、HMD2檢測元件的改進

          2.1光電檢測元件的選擇

          基于上述3#飛剪剪切不穩定的原因分析,我們通過對比測試不同的光電檢測元件,從中選出比較適合穿水軋制工藝的檢測元件。介于面積傳感器(光幕)可以在較寬的視場范圍內檢測很小的目標,并且不受被測物體溫度高低的影響,滿足穿水軋制的需求,最后選定光幕替換金屬檢測器HMD2。

          2.2控制條件

          由于光幕輸出只有一組輸出信號,而控制系統需要兩個高電平信號,一個送至PLC系統,一個送至高速計數器。為了保證改進的光電檢測元件能同時輸出兩個高電平信號,滿足控制條件,我們新增輸出接點采取了以光幕輸出信號推動一個外接的帶兩常開、兩常閉觸點的中間繼電器給出兩個高電平


          信號,這樣就可以滿足控制要求。電氣原理圖如圖3所示:

          棒材3#飛剪剪切控制及改進措施

          2.3安裝


          在光幕安裝過程中,因檢測元件的安裝位置是與控制系統中的運算值相對應的,因此在現場安裝上,只要把改制的光幕安裝于原HMD2的位置處(如

          棒材3#飛剪剪切控制及改進措施

          圖4所示)即可滿足使用要求。但是在后來的使用中,發現在工藝上采用穿水軋制容易產生大量的水和水蒸汽干擾HMD2檢測信號,同樣破壞了3#飛剪的工作條件,為此提出了新的改進方案:將HMD2的安裝位置由3#飛剪前移到3#飛剪后(如圖5所示),并對PLC程序進行相應的修改,最終實現了3#飛剪的穩定運行。


          (圖4)改進前HMD2安裝位置

          (圖5)改進后HMD2安裝位置

          2.4程序修改

          HMD2安裝位置改進后由原來飛剪剪刃前2500mm處遷至飛剪后3600mm處,這樣一來HMD1與 HMD2之間的距離也會相應的改變,HMD1與 HMD2棒材3#飛剪剪切控制及改進措施

          間的距離由改進前25830mm變為31980mm。在程序改動中因為HMD2的位置相對于飛剪位置發生了變化,HMD2到剪刃的距離在PLC程序中應該改為-3600mm,程序修改如下:


          2.4.1改進前PLC程序

          棒材3#飛剪剪切控制及改進措施

          棒材3#飛剪剪切控制及改進措施

          3、電機編碼器工作電源改進

          針對電機編碼器電源供電不穩定的問題,改進措施是:編碼器的工作電源直接由直流24V穩壓電源提供,從根源上解決了電源的不穩定性,確保了編碼器的工作正常、穩定。

          五、改進后的效果

          1、光電檢測元件

          HMD2由熱金屬檢測器改換為光幕,并將其移到3#飛剪后,避免了外界因素對信號的干擾因素,使得HMD2檢測信號穩定,保證了3#飛剪的正常剪切?,F在3#飛剪已經達到工作穩定、剪切精度高、便于維護、能獲得較大的產品收得率。

          2、電機編碼器

          編碼器采用工作電源單獨供電后,傳動裝置再也沒有因為“速度反饋丟失”而跳閘堆鋼,減少了停車時間,提高了作業率和成材率。

          通過對3#飛剪控制功能的改進和完善,是3#飛剪剪切倍尺的精度大大的提高,并且再也沒有因為3#飛剪不剪切造成停車而減少作業率。進入軋線鋼坯除正常切頭切尾的損耗外,全部剪切為成品,直接提高了產品成材率,為生產企業帶來了巨大的經濟效益。

           

          本文來自《玖鋒剪刃網》

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