加热炉推钢机自动定位系统的开发与应用

吴涛

(莱钢集团 银山型钢有限公司板带厂,山东 莱芜 271126)

1 引言

带钢车间加热炉推钢机定位系统是整个加热炉自动出钢系统的一个有机组成部分,在炉区诸多设备中出钢机的行走控制部分可以说是装料端的核心设备,同时对该设备的控制精度以及工艺要求都是极为严格的。

2 控制过程及问题

推钢机定位系统的控制过程为:在2#操作台中操作步进梁自动,该开关信号经控制电缆传输到2#台PLC柜内,同时推钢机机械式位置检测信号(即前进限位信号和后退限位信号)也通过控制电缆传输到该 PLC柜内,经由PLC内部程序处理后通过DP通讯网络传输到1 KZ室内ET200M分站。在1 KZ室内由接触器控制YZR200L-8,13 kW型交流电机的正、反转以达到控制推钢机行走和后退。由整个控制系统的构成及生产中的实际运行可知,该控制系统主要存在以下几个方面的问题。

1)推钢机的推料杆为2个2.6 m共3.7 t重的机械部件组装而成,推钢机实际行程为2.28 m,推钢机电机运行时间为10.6 s。该交流电机控制部分采用接触器直接启动,如此重的行走部件要在如此短的时间内完成启动、加速、前进、停止、启动、加速、后退再停止,其运动惯性对设备的冲击损坏是十分严重的。

2)推钢机行程定位的关键检测元器件为:LS212-P63MDW1型限位开关,该开关由于工作性质及加工精度的原因,其必须要联结在电机减速箱端。由其工作性质决定这样的定位系统存在很大的定位误差,并且在运行一段时间后,由于联接部位的磨损间隙增大,其检测到的实际位置信号会发生很大的变化,由此维护人员要根据实际情况经常调整限位开关的定位位置,以满足生产需要。

3)LS212-P63MDW1型限位开关由于技术落后,在采购备件时遇到许多困难,特别是由于一些备件的加工精度较差,在更换使用后经常发生位置信号移位的故障,有时还会因开关触点接触不良发生检测不到位置信号的严重事故。因此采用一种新的控制模式以及新的控制元器件势在必行。

4)采用现行的控制技术已不能完全满足生产工艺的需求,随着生产节奏的加快,由于推钢机故障事故的频频产生,原来那些控制技术落后的设备已不能适应现行的需要。

5)在炉区设备中运行着大量的需要精确定位的电气设备,比如出料炉门、出料机行走、出料机抬起、挑料机等设备。这些设备的运行现状和推钢机一样存在着诸如此类的问题,采取何种控制模式对这些设备进行控制技术的改造,成为一个新的课题。

针对以上问题,我们决定采取新的控制技术利用新的控制元器件,对推钢机的自动、精确定位进行适应生产的改造,同时让该控制技术成为一种成熟的可以大范围利用的新控制模式。

3 技术方案

3.1 总体技术思路

带钢车间加热炉推钢机自动定位电气控制系统主要组成为:西门子S7300 PLC、ET200M,台达VFD300B46A型变频控制器、VFDB4030型制动单元,ABB公司GJE-2型每转600码旋转编码器,欧姆龙公司H7CX型双路计数器、YZR200L-8,13 kW型交流电机等设备。

GJE-2型旋转编码器通过软联接方式直接与电机轴联接,该编码器每转输出600码,实际检测推钢机行程为2.28 m,在该行程中编码器共输出55 200码,则其检测精度计算为:2 280 mm/55 200=0.04mm/个,即旋转编码器每个脉冲实际控制精度可以保证在0.1 mm级。

在保证VFD300B46A型变频控制器与VFDB4030型制动单元等设备安全运行的情况下,调整变频器的制动时间为0.3 s,即推钢机电机可以在0.3 s内完全制动停止。该交流电机为YZR200L-8,13 kW型,其转速为748 r/min。在0.3s制动时间内编码器实际输出脉冲为:0.3×12.6×600=2268个,在实际预置计数器值时减去该值以修正实际行程值。

在推钢机行程为1.7 m时,计数器的第2路预值输出信号作为电机的减速信号,控制变频器输出频率为40 Hz,保证电机在比较低的转速下平稳的可靠减速,直至在规定时间内完全停止运行。

机械式液压抱闸器作为从动设备不参与推钢机行程的自动定位,这样推钢机无论是在行走、还是后退行程距离完全依靠电气设备自动控制,从而消除了误差。

3.2 技术方案实现

3.2.1 控制技术

考虑到该类设备的重要性,为了提高系统的整体可靠性,我们设置了变频器控制和直接工频启动并行的控制方法,正常状态下用变频启动,在变频器出现故障时,使用工频启动,两者之间可以通过转换开关和负荷开关的切换来完成,整个过程不超过1 min,极大地缩小了故障影响的时间。其原理图如图1所示。

将GJE-2型旋转编码器的A路输出信号,分别接在H7CX型双路计数器的2个计数输入端。将计数器的第1个预值设为推钢机的实际行程,将第2个预值设定为其行程的减速点,计数器的第1路输出信号输入值班室内ET200M模块中,作为PLC程序中推钢机“前限位I”后“推钢机后限位I”,在程序中组成推钢机自动运行控制系统。ET200M的输出信号“1ZG”作为控制变频器的运行信号,即变频器在该信号下以设定的第1工作频率50 Hz驱动推钢机电机前进;当推钢机前进至减速点位置时,计数器第2路预值达到,其输出1个开关量信号控制继电器J4,J4的输出点控制变频器Mi2,使其驱动电机在40 Hz频率下减速运行。电机减速运行到行程限位时,计数器的第1路预值输出即“前限位I”输入 PLC内,程序运行输出前进停止信号,变频器在0.3 s内停止电机运行。变频器的多功能输出端Mo1控制继电器J3,在变频器内部定义该端子功能为:设定计数值达到指示,每当变频器停止运行时,继电器J3得电,其输出信号作为计数器的复位、清零信号。同理推钢机在后退时依然会按照设定的行程实现自动定位。

3.2.2 安全技术保障

在实际使用中为VFD300B46A型变频控制器加装一块速度PG采集卡,其作用为:1)将编码器的B路脉冲信号输入到该卡,监控编码器输出信号是否正常,一旦编码器信号异常,该卡会立即输出信号,停止变频器运行;2)该卡同时可以监控电机速度是否异常,保证电机不发生失速故障,行程不受控;3)作为计数器的清零、复位输出信号的组成部分。

图1 变频器控制原理图Fig.1 Converter control principle

4 实施效果及结论

此项目的创新点在于研究推钢机自动定位控制系统,保证了系统的准确定位,控制精度得到了可靠的提升,为快节奏的生产提供了可靠的保障。相比较改造前推钢机由于定位不准确造成的粘钢事故,以及影响出钢机出钢节奏、调整机械限位等故障时间,可以说改造效果十分显著。同时维护人员的工作量大为降低,每次机械维护人员在更换出料杆或者是维护出料杆,需要重新微调推钢机行程时只要在控制柜内改变计数器的第1预值即可。进而使调整限位工作变得十分简单可靠,同时避免了过去必须在设备开动的情况下工作而易造成的人身伤害事故。

带钢车间加热炉推钢机自动定位系统的应用与开发项目实施后,在提高区域设备运行可靠性的同时,创造了可观的经济效益,带钢车间加热炉推钢机自动定位系统的应用与开发投入正常的生产使用,各项功能与技术参数指标均达到了改造的预期目的,实现了高效、可靠、先进的自动定位控制系统。带钢车间加热炉推钢机自动定位系统通过对带钢车间加热炉推钢机自动定位系统的应用与开发,大幅度提高设备的控制精度,降低设备故障停机时间、达到了生产工艺的要求。