连铸连轧生产线卷取机芯轴电机抱闸控制的改进

王新朋，刘金芝

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063000）

热轧生产线有两台卷取机，为实现带钢尾部在卷取机芯轴的精确位置控制，芯轴传动电机安装了抱闸，抱闸的动作由电机传动柜和抱闸柜控制。但在生产中，多次发生因抱闸柜电气元器件故障使芯轴突然停车，造成卷取机内堆钢，由于堆钢难以在短时间内处理完成，会导致连铸停浇的严重事故。元件故障还会使抱闸线圈烧坏。由于抱闸是进口设备，造价很高，同时更换抱闸费时费力，需要大量的热停工时间，直接影响了企业的成本和产能。为了避免类似事故的发生，本次改进主要着眼于研究提高抱闸柜控制元器件的可靠性的方法，力求通过对抱闸柜的技术改造，避免因元件故障造成卷取机内堆钢事故和抱闸烧坏，并且能够快速排查故障点，以最快的速度恢复设备正常运行，为企业的生产顺行提供有力保障。

1 抱闸控制原理

（1）芯轴自动定尾控制。芯轴卷取带钢完成后，进行两次自动定尾控制，使带钢尾部停在需要的位置。如果尾部没有停止在预定位置，芯轴将再次旋转执行此动作。带钢尾部精确的停在预定位置，便于卸卷小车平滑地卸卷。另外，能够使带卷打包时压紧尾部。

（2）抱闸控制时序。卷取机芯轴起动运行时，传动电机逆变器的抱闸打开信号“BR”由“0”变为“1”，控制抱闸柜内继电器BRX，继而控制接触器BRX2，BFX2瞬间闭合，这时电机抱闸线圈流过强制励磁电流，电磁力克服抱闸机械弹簧弹力将抱闸打开，同时，时间继电器BRT开始计时，经设定时间后打开，控制继电器BFX1，使接触器BFX2打开，这时抱闸线圈流过保持电流，一直维持抱闸打开。直到芯轴电机停止时，“BR”信号由“1”变为“0”，抱闸线圈失电，抱闸闭合。这一动作过程在带钢一次和二次定尾时自动执行，芯轴停止旋转后，抱闸随即闭合抱紧电机转子轴实现精确定位。

2 生产中出现的问题及原因分析

自生产以来，卷取机芯轴先后出现过几次突然停车。由于停车多发生在带钢卷取过程中，造成卷取机内堆钢。最严重的一次，抱闸线圈被烧毁，只好更换了抱闸线圈。处理堆钢、更换抱闸需要大量的停机时间，给企业造成了经济损失。

经过仔细调查和分析，最终确定问题都出在了抱闸柜内的电气元件上。原因一：抱闸控制电源继电器PS2常开触点偶尔接触不良。由图1可知，抱闸线圈电源回路电源和闸后，继电器PS2得电，其常开触点动作将抱闸电源健康信号送至逆变器，逆变器具备运行条件。因此一旦PS1常开触点接触不良，使继电器PS2突然失电，造成逆变器在运行过程中抱闸健康信号消失，逆变器停止运行。原因二：抱闸柜内时间继电器BRT故障。由图1逻辑可知，抱闸接收到打开指令的瞬间，时间继电器开始计时。线圈中流过较大电流，抱闸瞬时动作打开，计时（实际设定为1秒）后时间继电器动作，电阻1R串联入抱闸线圈电源回路，线圈电流减小，抱闸保持打开状态。如果时间继电器出现故障，不能计时动作，那么抱闸线圈将始终通过电流I:

图1 抱闸控制原理图

（强制励磁电流额定值17.8A）,远远超过抱闸保持电流的额定值3.08A。这样可能导致以下严重的后果：第一，持续大电流导致抱闸柜的主回路过载，造成上级开关跳闸，抱闸健康信号消失，芯轴突然停车；第二，持续大电流使抱闸线圈绝缘迅速老化而烧毁；第三，线圈烧毁抱闸失去功能，会使抱闸打不开造成芯轴电机长时间过载而损坏电机绝缘，同时抱闸皮严重磨损烧坏。

3 抱闸控制改进方案及实施内容介绍

（1）电源控制键康信号的改进。芯轴逆变器抱闸健康信号取自于抱闸柜电源控制继电器的一个常开触点。当抱闸主电路电源MCCB1和控制电源CP1都合闸后，此触点闭合。现将PS1、PS2单触点改为双触点并联，并联后单个触点因接触不良造成信号不稳的几率大大降低，使采集的信号更加可靠。既充分利用了原有设备，又简便易行。

（2）抱闸线圈电流控制电路的改进。抱闸打开、关闭动作原来是由传动柜和抱闸柜共同控制，轧机PLC没有参与。现在，充分利用轧机PLC及远程I/O控制系统的强大功能，对抱闸增加了PLC程序控制，这样增加了控制的灵活性和可操作性，使抱闸控制逻辑更加趋于完善。①在抱闸柜与PLC远程I/O柜（M8022）之间敷设一根四芯电缆（4×1.5mm2）。②在远程I/O柜（M8022）内增加一个24VDC（2NC，2NO）继电器，图2。③连接I/O柜内DO模块一个冗余位到新增继电器线圈，图2。④电缆连接24VDC继电器一个NC接点到抱闸柜的抱闸线圈控制回路，图3、图2中虚线框。⑤在PLC中编程，图4程序段2，输出到DO模块、继电器，控制抱闸线圈电流。

（3）抱闸故障报警功能增加的改进。电缆连接抱闸柜内控制抱闸动作的继电器“BFX1”一个NO接点到I/O柜DI334模块一冗余位，图3。在PLC编制程序，图4程序段1，在HMI画面中增设报警功能。一旦抱闸柜元件出现故障，信号将反馈到PLC，在HMI中显示报警号“DC1_ALM272”。报警功能增加后，便于维护人员快速查找问题点和处理故障。

图2 改进后抱闸控制原理图

图3 改进后PLC控制原理图

图4 PLC程序图

（4）改进后工作原理。改进后，逻辑关系为：当时间继电器（实际设定为1秒）故障不能正常动作时，BFX1常开接点信号I_SP1始终为1，程序开始计时，达到设定时间2秒后，输出报警信号DC1_ALM272，并且在HMI中显示出来。同时，程序输出O_SP1置1，控制新增继电器动作，断开接触器BFX2，加入经济电阻1R，保证线圈电流切换为保持电流，抱闸仍然能够正常工作。这时可以立刻更换继电器，故障处理完毕后，芯轴重新起车将报警消除。设备恢复正常状态。如果由于轧制节奏快等原因时间不允许时，可以将程序中的报警计时设定的与时间继电器相同（1秒），利用程序和新增继电器使抱闸也能够正常工作。当时间允许时再更换备件，将程序恢复为2秒。

4 结语

对抱闸控制的改进，大大降低了卷取机堆钢事故发生的概率，减少了设备故障停机时间和备件消耗，使企业减少了损失，增加了效益。至2013年9月，改造在两台卷取机抱闸柜实施完成，通过模拟试验，抱闸动作可靠，达到了预期的效果。自改进以来，设备运行稳定。2014年11月带钢卷取过程中出现过一次报警，迅速查出是时间继电器损坏，很快进行了更换，生产没有受到丝毫影响。充分证明此项改进实用性强，可靠性高，很好的利用了现有资源，解决了设备运行存在的实际问题。