房新亮

作者通聯(lián)：萊鋼股份有限公司棒材廠 山東萊蕪市鋼城區(qū)新興路 271126

E-mail：fxl1974521@126.com

一、精軋機(jī)組簡介

萊鋼股份有限公司棒材廠小型車間為連續(xù)軋制棒材生產(chǎn)線，其中精軋機(jī)組是單帶傳動(dòng)，1臺(tái)電機(jī)經(jīng)復(fù)合減速機(jī)降速后帶動(dòng)1臺(tái)軋機(jī)，精軋機(jī)組工藝平面布置見圖1。軋機(jī)主傳動(dòng)均采用直流電機(jī)和西門子SIMOREG DC MASTER 6RA70直流傳動(dòng)裝置，西門子S7-400系列PLC實(shí)現(xiàn)軋制過程自動(dòng)化，使用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線進(jìn)行PLC和傳動(dòng)裝置以及其他I/O從站間的數(shù)據(jù)交換。

圖1 生產(chǎn)線精軋機(jī)組工藝平面布置圖

二、精軋機(jī)組速度控制

1.軋機(jī)電機(jī)給定速度

式中v2——軋機(jī)電機(jī)給定速度，r/min

v1——理論計(jì)算的軋機(jī)電機(jī)預(yù)設(shè)定速度，r/min

v3——軋機(jī)電機(jī)聯(lián)調(diào)速度，r/min

v4——軋機(jī)電機(jī)單調(diào)速度，r/min

v5——軋機(jī)電機(jī)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償速度，r/min

k——?jiǎng)討B(tài)補(bǔ)償系數(shù)，通過畫面設(shè)定，通常取1%～7%

軋制前需根據(jù)軋制工藝和金屬秒流量相等原則，計(jì)算、設(shè)定v1。軋制剛開始時(shí)，受料型、孔型、溫度等因素影響，需要通過聯(lián)調(diào)或單調(diào)開關(guān)對(duì)v1進(jìn)行微調(diào)，因此v3和v4均可能存在一定數(shù)值，若速度補(bǔ)償不起作用，v5=0。

2.軋機(jī)電機(jī)速度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

軋機(jī)初始咬鋼瞬間，受負(fù)荷變化劇烈和直流電機(jī)機(jī)械特性影響，軋機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)一定程度降低，而傳動(dòng)裝置自身抗擾性能不足以克服該速降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鋼坯咬入困難，甚至堆鋼。為此，常在軋機(jī)咬鋼之前，在v2基礎(chǔ)上累加v5，作為新的軋機(jī)電機(jī)給定速度，以補(bǔ)償電機(jī)速度瞬時(shí)降低，當(dāng)鋼坯正常咬入后，再恢復(fù)v2原值，保持正常軋制金屬秒流量。

精軋機(jī)組速度快、坯料小，速度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償尤為重要，具體補(bǔ)償方法是K6軋機(jī)檢測出6RA70裝置發(fā)出的負(fù)荷信號(hào)后，在K6機(jī)架咬鋼并且鋼坯尚未到達(dá)K4機(jī)架時(shí)，K1～K5軋機(jī)電機(jī)速度補(bǔ)償啟動(dòng)。以K4軋機(jī)為例，若K4目前空載且前一根鋼已過5s，v1=400r/min，v3、v4已清零，v3=v4=0，則此時(shí) v2=v1+v3+v4=400r/min；動(dòng)態(tài)速度補(bǔ)償啟動(dòng)，假定k=5%，則此時(shí)v2=400+kv1=400+5%×400=420r/min。當(dāng)K4機(jī)架咬鋼，K4的6RA70裝置發(fā)出負(fù)荷檢測信號(hào)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償取消，v2恢復(fù)為400r/min。

另外，考慮到鋼速較快，K4、K5機(jī)架距離K6機(jī)架較近，若K6機(jī)架檢測到有鋼后再開始K4、K5的升速，則有可能電機(jī)速度未達(dá)到補(bǔ)償速度前，已經(jīng)咬鋼。為此，在K4、K5機(jī)架拋鋼后立即升為補(bǔ)償速度，如上例，K4機(jī)架以400r/min運(yùn)行，鋼坯通過后，K4電機(jī)v2立即升為420r/min且持續(xù)5s。若5s內(nèi)K6負(fù)荷信號(hào)到達(dá)，v2仍為420r/min，反之補(bǔ)償功能取消，v2恢復(fù)至400r/min。

3.開機(jī)速度自動(dòng)清零

當(dāng)軋制正確的秒流量關(guān)系建立后，在速度調(diào)整過程中，為直觀體現(xiàn)正常軋制速度，操作人員在操作臺(tái)用清零按鈕將v3、v4置零，并將兩者累加至v1中。實(shí)際操作時(shí)，為使用方便，通常在開機(jī)后，執(zhí)行上述速度累加，因此也叫開機(jī)自動(dòng)清零。操作人員按操作臺(tái)“全線開機(jī)”按鈕后，若PLC程序“系統(tǒng)正常”信號(hào)滿足，則程序中“全線啟動(dòng)”信號(hào)發(fā)出后，所有軋機(jī)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)并同時(shí)執(zhí)行開機(jī)速度自動(dòng)清零功能。

三、故障處理

1.故障現(xiàn)象

在正常軋鋼過程中，某段時(shí)期內(nèi)K4、K5軋機(jī)v2會(huì)忽然升高，導(dǎo)致堆鋼或拉鋼，影響生產(chǎn)。故障發(fā)生后，軋機(jī)速度升高幅值不等且保持平穩(wěn)，故障有時(shí)數(shù)月不出，有時(shí)一周數(shù)次，仔細(xì)觀察、跟蹤分析該故障，發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律。

（1）故障集中在K4、K5軋機(jī)。

（2）生產(chǎn)錨桿鋼時(shí)，故障頻次較大，生產(chǎn)較小規(guī)格產(chǎn)品時(shí)，基本未出現(xiàn)故障。初步判斷，故障和軋鋼生產(chǎn)工藝，即和軋機(jī)負(fù)荷（電機(jī)電流）分配有較大關(guān)系。

（3）故障通常發(fā)生在K4軋機(jī)剛拋掉前一支鋼而后一支鋼尚未到達(dá)時(shí)，轉(zhuǎn)速基本為v2和v5疊加。觀察故障時(shí)的K4軋機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速歷史趨勢曲線（圖2），發(fā)現(xiàn)升速曲線較為陡峭。正常情況下，不應(yīng)該出現(xiàn)t3～t4時(shí)段升速。

圖2 電機(jī)轉(zhuǎn)速趨勢曲線圖

2.故障分析

根據(jù)故障現(xiàn)象，故障可能和軋機(jī)電流及軋機(jī)電機(jī)速度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償有關(guān)，分析原因如下。DRIVEMONITOR軟件也很難發(fā)現(xiàn)，并且在電機(jī)WINCC畫面的電機(jī)轉(zhuǎn)速歷史曲線上亦不能得到很好反映。

（2）自動(dòng)轉(zhuǎn)速清零程序存在缺陷。精軋機(jī)組自動(dòng)轉(zhuǎn)速清零的方法是在PLC程序中將當(dāng)前的v2值直接賦值給v1。這種方法存在較大問題，在發(fā)生K3軋機(jī)6RA70裝置重啟動(dòng)時(shí)程序執(zhí)行過程如下：RUN信號(hào)置零時(shí)，程序中的“系統(tǒng)正?！?、“全線啟動(dòng)”信號(hào)依次置零；RUN信號(hào)恢復(fù)為1后，“系統(tǒng)正?！毙盘?hào)置1，“全線啟動(dòng)”信號(hào)重新發(fā)出，同時(shí)執(zhí)行開機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)清零功能。在此過程中，軋機(jī)“全線啟動(dòng)”信號(hào)重發(fā)用時(shí)較短，使用西門子STEP7編程軟件在線監(jiān)控ON-LINE功能也無法觀察到。

由于此時(shí)為K3軋機(jī)將要拋鋼時(shí)刻，即軋制鋼坯正在K3軋機(jī)尾部，K4軋機(jī)尚在負(fù)荷失掉后的5s內(nèi)，延時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能有效。假設(shè)K4軋機(jī)正常軋制時(shí)v1=400r/min，v3=v4=0，k=5%，則當(dāng)前K4電機(jī)v2=v1+v3+v4+kv1=（1+5%）×400=420r/min。當(dāng)轉(zhuǎn)速自動(dòng)清零信號(hào)發(fā)出后，v1=v2=420r/min，v2=v1+v3+v4+kv1=420×（1+5%）=441r/min。軋件咬入，K4負(fù)荷信號(hào)到達(dá)后，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能取消，給定速度變?yōu)関2=v1+v3+v4=420r/min＞400r/min，大于正常軋制速度，軋制秒流量被破壞，故障發(fā)生（圖3）。

3.故障處理

（1）修改PLC程序，當(dāng)6RA70裝置RUN信號(hào)短暫置零并重

圖3 故障發(fā)生過程框圖

（1）電流過大，K3軋機(jī)6RA70裝置重啟動(dòng)。K3軋機(jī)電機(jī)選型不甚合理（功率600kW，額定轉(zhuǎn)速1150r/min，最高轉(zhuǎn)速1500r/min），而生產(chǎn)錨桿鋼時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速僅為400r/min，遠(yuǎn)低于額定轉(zhuǎn)速，同時(shí)也無法通過調(diào)整明顯降低軋制轉(zhuǎn)矩，造成K3軋機(jī)電機(jī)電流極大，咬鋼時(shí)沖擊電流可達(dá)額定電流的140%。相應(yīng)整流前的交流進(jìn)線電流也會(huì)增大，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓以及6RA70采集的進(jìn)線電壓信號(hào)出現(xiàn)瞬間跌落。若電網(wǎng)電壓低于6RA70裝置參數(shù)P78.001（整流器電樞額定輸入電壓，作為低電壓等監(jiān)控功能的參考值）和參數(shù)P351（欠電壓跳閘的閾值）的設(shè)置參數(shù)，而持續(xù)時(shí)間又小于P86（自動(dòng)再啟動(dòng)電壓故障時(shí)間）監(jiān)控值時(shí)，可控硅觸發(fā)脈沖被禁止，脈沖信號(hào)封鎖，6RA70裝置滯留在O4狀態(tài)，RUN信號(hào)（控制字1中BIT3——enable pulses）置零。但是一般電壓跌落時(shí)間極短，當(dāng)電壓信號(hào)恢復(fù)到監(jiān)控閾值以上時(shí)，RUN信號(hào)迅速恢復(fù)，6RA70裝置繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。由于RUN信號(hào)置零時(shí)間極短，在PMU幾乎監(jiān)控不到該過程，采用新發(fā)出后，程序不再發(fā)出轉(zhuǎn)速自動(dòng)清零信號(hào)。只有當(dāng)操作臺(tái)“全線開機(jī)”按鈕發(fā)出信號(hào)后，才能發(fā)出自動(dòng)清零信號(hào)?！稗D(zhuǎn)速清零”信號(hào)發(fā)出后，累計(jì)的轉(zhuǎn)速量只包括 v1、v3、v4，不應(yīng)包括 v5。

（2）調(diào)整軋制工藝，完善工藝操作，降低電機(jī)電流至允許范圍。

（3）更換K3軋機(jī)直流電機(jī)（功率800kW、額定轉(zhuǎn)速600r/min、最高轉(zhuǎn)速1200r/min），以適應(yīng)生產(chǎn)工藝要求。

采取上述措施后，故障未再出現(xiàn)，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

1 新疆八一鋼鐵（集團(tuán)）公司“小型連軋機(jī)工藝與電氣控制”編寫組.小型連軋機(jī)工藝與電氣控制.冶金工業(yè)出版社，2003.6