LD-30电控冷轧管机送进与回转控制系统的改进

王 伟

作者通联：西部钛业有限责任公司 西安市 710016

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瑞安新型LD-30电控冷轧管机，是在液压或机械传动的基础上，依据我国冷轧管机的需求研制而成的。该设备工艺先进、结构简单、性能稳定、操作简便、生产效率高（120次/min），但由于回转及送进系统测量编码器为长期工作器件，其联轴器易松动，松动后编码器计数不准，易引起主电路电机误动作，轻微时损坏主电路固态继电器等电气元件，在管材表面产生划痕，严重时会将芯棒及管坯一起扭曲变形，造成较大的损失。

1.设备工作原理

直流主电机经皮带将动力传送给主减速机，与主减速机输入轴同轴相连着辅助减速机，该减速机的输出轴上安装着一个位置控制盘，用来调整送进、回转动作在机架往复运动期间的起始位置。位置控制盘的转动周期与工作机架的往复周期是相同的，位置控制盘的形状如图1。

当轧机工作时，位置控制盘转动，控制盘上90°突出部分周期性地触发与其垂直的接近开关（X006）。X006 接通时，执行程序段 1（图 4a）、2（图 5a），Y014、Y016输出，使固态继电器 SSR1、SSR3导通（图 2），开始送进、回转。当送进、回转电机同轴安装的增量编码器输出脉冲数达到C235～C240设定值时，Y014、Y016停止输出，SSR1、SSR3 关断，Y015、Y017 输出，SSR2、SSR4导通，送进、回转刹车（能耗制动），能耗制动电流由R1及R2限制。X000～X005是三菱PLC FX1N内部高速计数器的输入端，它们对应着高速计数器C235～C240。转动送进量选择开关KK（图3），使其滑动端接至X000～X004中的任一个，可选择不同的计数器设定值，它们分别对应着五种送进量。X005为回转计数器C240的脉冲输入端。程序（图5）中：X026为主机电机风机热保护，M4为送进回转启动信号，M5为送进小车前进信号，M6为送进小车后退信号，M11为工艺润滑油泵启动信号及送进回转电机电枢过流信号，M13为送进回转电机失磁保护。在正常轧制过程中上述常闭触点的状态不变，常开触点闭合。

2.故障分析

如果在轧机工作时，编码器突然损坏或编码器联轴器松动及送进脉冲输入信号线断，都会引起计数脉冲不足。此时如果机架中的轧辊已将管坯牢牢压死，但PLC中的计数器未记录够设定的脉冲数，PLC会认为机架仍在后伺点附近，继续为送进、回转电机供电，直到位置控制盘突出的90°部分转过接近开关。主电机的转速越低，接近开关接通时间越长，送进、回转过载时间也就越长，芯棒较细时，芯棒及管坯扭曲变形的概率越大；芯棒较粗时，SSR发热损坏的可能性越大。主电机的转速越高，接近开关接通的时间越短，送进、回转电机通电时间也就越短，送进过载时间也就越短，SSR损坏的可能性就越小。但会因为机架已经远离后伺点，轧辊与管坯间隙减小或消失，送进回转动作还没有消失，管坯与轧辊间产生摩擦，管材外表面出现划痕。这是不希望看到的。

3.改进方案

为了避免编码器引起的以上问题，同时减少器件、简化电路，降低故障率。使用开环控制系统替换原有的编码器测量反馈系统。送进距离及回转角度由PLC内部定时器控制，只要定时器时间设置合理，送进距离、回转角度同样能够达到理想的效果。因为没有了外部编码器的故障影响，送进、回转系统的可靠性得到大幅提高。

4.外围硬件及程序改动

（1）在硬件上将送进及回转测量编码器拆除，送进量选择开关KK（图3）固定端a直接接+12V，X5闲置不用，其余不变。

（2）修改PLC程序。将程序段1由程序段3替换，程序段2由程序段4替换。因为PLC的定时器精度与程序的安排有关，如果定时器的触点在线圈之前，精度将会降低。平均误差为1.5个扫描周期。为此修改程序时程序段3应在程序段4前，并且中间没有其他程序。程序段3中定时器T12～T17的延时时间控制送进、回转电机的通电时间即送进量和回转角度，可根据实际需要，在现场试验获得。应注意的是延时时间不能超过X006的接通时间，如果超过，在机架往复速度慢时送进量和回转角度会超过正常轧制时的正常值；在机架往复速度较快时，送进、回转又会失去刹车动作。以120次/min的机架最高往复速度为标准，位置控制盘转过90°的时间t=125ms。因为送进、回转电机的供电电压已使送进回转系统完全具备在125ms内完成送进、回转及刹车的能力，所以定时器延时时间只要小于90ms就可以了，剩余的35ms留给能耗制动也是充裕的。

5.结束语

在某些特殊情况下，合理利用PLC内部软元件代替外部硬件的功能，不仅降低了控制系统的复杂程度使设备的可靠性得到大幅提升，同时减少了硬件维修、更新费用。简化后的PLC外部控制线路，为设备维护人员快速准确的判断、排除故障也提供了方便。

通过一年来对设备维修记录及管材质量控制卡片的统计和现场观察，改进后的送进、回转系统送进距离及回转角度稳定可靠。由该轧机生产出得无缝管材内外表面均无划痕，而且再未发生过因送进、回转失控而引起的设备及管材质量事故。改进后，数台同型号轧机每年可为公司节约的编码器、工模具、钛材损耗费用近两万元。 W10.01-27