多流矫直机电气自动化控制系统的自主研发

朱向阳

摘 要：本文介绍了国外达涅利集团（Danieli Metallurgical Equipment Co.， Ltd.）生产的多流角钢矫直机的电气自动化控制系统自主研发过程，难点辊缝调整控制系统及生产过程中启停定位的控制过程。

关键词：矫直机；矫直定位；辊缝调整

中图分类号：TG334.9 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）13-0005-04

1 前言

唐山正丰钢铁有限公司原有一条棒材生产线，由于市场需要。公司决定将棒材生产线改为小角钢生产线，主要生产3#-5#角钢。小角钢收集是问题关键，决定了角钢产量。传统角钢矫直机多为单流矫直机，一次只能矫正一根钢倍尺在矫正完后进入编组区，再到定尺锯切区域。由于原来是棒材生产线，冷床输出辊道后就是棒材定尺剪，剪后15米就是惠斯顿翻钢装置，距离太短。只能研究采用多流矫直机，矫正后直接进行定尺锯切。多流矫直机及其矫直定位自动化控制系统，目前在国内还是空白。

2 自主研发多流矫直机控制系统

正丰钢铁在2016年3月份与国外达涅利集团进行接洽，包括设备本体，及全套电气自动化系统。其中电气自动化控制系统尤为重要，设计中有二级模型控制，并且需要意大利专家全程服务，造价也自然是不低的，在200-300万元之间。为了减少投资，正丰钢铁只投资了多流矫直机设备本体，电气自动化控制系统自主研发，难点辊缝调整控制系统及生产过程中启停定位的控制过程。在没有国外设备控制系统参考的前提下进行真正的中国创造。经过多方调研、论证。尽可能的降低投资。全套自动化系统集成到现有精整区PLC中，不在另投资做一套PLC。

难点1：辊缝的调整控制。辊缝调整采用电动压下，测量采用P+F公司的带DP接口的绝对值编码器，并通过DP网与主PLC连接，并实时的显示在上位机HMI画面上，以配合操作人员手动现场调整及自动模式下的辊缝自动定位及修正。要求相当高的精确度。

难点2：矫正机主传动。为了考虑传动控制成本。主传动采用直流电机控制。原因有两点：（1）现有一台备用电机，600kW直流电动机，可以用上不用做电机投入；（2）直流电机控制传动系统采用西门子6RA70装置进行控制调速，可以自主进行扩容改造，控制成本低，若采用交流电机，600kW交流电机传动控制只能是采用西门子或ABB的原装控制，传动控制系统造价高。

难点3：矫正定位问题：因矫正后要直接进行定尺锯切。若使用定尺挡板，钢堆到挡板上直接将钢堆弯，长度也不准。要进行矫正定尺测长定位。

总体控制思路：本次设计的多流矫直机自动化控制系统，包含输出辊道、多流矫直机、切割锯一、切割锯二和减速光电检测器、定位光电检测器，输出辊道上依次设有多流矫直机、切割锯一、切割锯二、减速光电检测器和定位光电检测器，所述多流矫直机设有辊缝调整装置，所述辊缝调整装置包含中央处理器、上辊电机控制器、上辊位置编码器、下辊电机控制器和下辊位置编码器，中央处理器分别与上辊电机控制器和下辊电机控制器连接，上辊电机控制器和下辊电机控制器分别与上辊位置编码器和下辊位置编码器连接，上辊位置编码器和下辊位置编码器设在多流矫直机的调整轴上，所述减速光电检测器和定位光电检测器分别与中央处理器通讯连接，减速光电检测器和定位光电检测器，将信号传至中央处理器，中央处理器根据此信号的触发，完成高速计数，使多流矫直机实现快速平滑减速和精确定位。同时，通过读取安装在调整轴上的上辊位置编码器和下辊位置编码器的反馈值，并通过中央处理器运算标定后，可以精确控制多流矫直机相应的辊缝量。

参照附图1（多流矫直机自动化控制系统硬件组成部分示意图）、附图2（多流矫直机自动化控制系统控制部分示意图）说明。多流矫直机自动化控制系统硬件组成部分如附图1所示、多流矫直机自动化控制系统控制部分示意图如附图2所示，包含输出辊道1、多流矫直机2、切割锯一3、切割锯二4和减速光电检测器5、定位光电检测器6，输出辊道1上依次设有多流矫直机2、切割锯一3、切割锯二4、减速光电检测器5和定位光电检测器6，所述多流矫直机2设有辊缝调整装置，所述辊缝调整装置包含中央处理器11、上辊电机控制器、上辊位置编码器、下辊电机控制器和下辊位置编码器，中央处理器11分别与上辊电机控制器和下辊电机控制器连接，上辊电机控制器和下辊电机控制器分别与上辊位置编码器和下辊位置编码器连接，上辊位置编码器和下辊位置编码器设在多流矫直机2的调整轴上，所述减速光电检测器5和定位光电检测器6分别与中央处理器11通讯连接。

在生产过程中，根据不同品种及生产需要，本实用新型定尺规格从6米至12米之间不等，定尺参数通过设定，由中央处理器通过辊径、线速度及二级模型中导出的辊径磨损量来计算定位数据，从而简化了不同品种，不同定尺的长度定位，实现了高效生产。

2.1 辊缝控制系统

（1）多流矫直机的辊缝的垂直调整采用5台宁波东力DM80M2-4E 0.55kW电机，电机由相应的控制器（上辊1#电机控制器20、上辊2#电机控制器21、上辊3#电机控制器22、上辊4#电机控制器23、上辊5#电机控制器24）控制。辊缝的轴向调整采用5台宁波东力的DLR04-1/15.54-YD132M-2/8E-M1-R-5/1.6kW电机，电机尾端都带电磁抱闸保证电机定位后锁死固定，电机由相应的控制器（下辊1#电机控制器25、下辊2#电机控制器26、下辊3#电机控制器27、下辊4#电机控制器28、下辊5#电机控制器29）控制。

（2）现场的检测设备。

如图3所示现场辊缝位置检测采用德国倍加福公司的带DP网通讯的绝对值编码器，型号为：PVM58N-011AGR0BN-1213。安装在相应的调整轴上。上下辊缝的调整、左右方向的轴窜量，通过读取安装在调整轴上的绝对值编码器的反馈值，并通过PLC运算标定后，相应辊缝量最终在HMI画面上的显示（如图4所示）。现场控制精度达到±0.25mm，完全满足工艺要求的±2.00mm误差。

设计相应的主体程序如图5所示。

2.2 传动控制及定尺测长定位控制系统

根据生产工艺上的要求，矯直机在矫直过程中的同时，要满足后续定尺及切割的工序，这就要求矫直机传动必须保证反复启停及迅速定尺精确。以此满足生产的高效进行。

在辊道两侧安装两个金属检测器HMD1、HMD2。HMD1负责减速，将信号传至PLC，PLC根据此信号的触发，完成高速计数（通过矫直机电机测速编码器）计算，生成斜坡速度传至6ra70装置，完成快速平滑减速。HMD2负责定尺，同样通过高速计数，控制传动停止位置，完成定位。

其中着重解决的问题是定尺精度及传动停止后由于减速机箱内齿轮间隙引起的尺寸误差问题。

通过研究，采用6RA70装置控制系统，在定位后，通过0速度锁定的控制方式。有效的解决了上述问题。

定尺距离通过HMI设定（如图6所示），简化了不同品种，不同定尺的长度定位，实现了高效生产。

主体程序如图7所示。

3 结语

实践证明，上述设计和实施是高效、合理的。系统运行稳定，保证了正常生产，达涅利多流矫直机电气自动化控制系统自主研发是成功的。本套系统属于自动化与数学模型高度集成，解决了多流矫直机反复启停及定位问题，以及在轧钢领域辊缝自动调整方法，是一种高效、低故障率、投资成本低的新型方案。

参考文献

[1]王信义.机电一体化技术手册[M].机械工业出版社，1999.