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粗軋前除鱗箱高度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

2018-04-13 05:54呂代鵬郭洪河孫啟祥
鞍鋼技術(shù) 2018年2期
關(guān)鍵詞:板坯液壓缸時(shí)序

呂代鵬,郭洪河,孫啟祥

(鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司,遼寧 朝陽122000)

朝陽鋼鐵有限公司1700熱軋生產(chǎn)線在加熱爐與粗軋機(jī)之間設(shè)有一臺(tái)除鱗箱,粗軋前除鱗箱可除去熱軋板坯在加熱爐中產(chǎn)生的一次氧化鐵皮,其除鱗效果將直接影響后續(xù)的軋制過程。

現(xiàn)有除鱗箱設(shè)計(jì)為噴射集管固定的焊接鋼結(jié)構(gòu)件,僅能軋制板坯厚度為150 mm的單一品種,軋線產(chǎn)能受到制約。如果來料板坯厚度不等于150 mm,由于噴嘴高度固定,當(dāng)板坯厚度變化時(shí),噴嘴到板坯的距離也隨之發(fā)生變化,除鱗效果無法達(dá)到最優(yōu)。板坯表面除鱗不凈,帶鋼表面殘留的Fe2O3等鐵氧化物將隨物料的行進(jìn)被粗軋機(jī)壓入帶鋼表面[1],并帶入后續(xù)物料中,最終直接影響熱軋板帶的成品質(zhì)量。上述問題一直制約著生產(chǎn)線產(chǎn)能和板坯的表面質(zhì)量。為提高熱軋廠1700生產(chǎn)線的軋制能力,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同厚規(guī)格板坯的軋制,重新設(shè)計(jì)了除鱗箱高度控制系統(tǒng)。投入使用后,達(dá)到預(yù)期效果。

1 除鱗箱高度控制系統(tǒng)

1.1 機(jī)械系統(tǒng)組成

除鱗箱箱體為焊接鋼結(jié)構(gòu)件,其機(jī)械結(jié)構(gòu)見圖1,分前、中、后三段,前后段裝有防止氧化鐵皮和高壓水飛濺的鏈?zhǔn)胶熌环雷o(hù)裝置,中段裝有兩對(duì)高壓水噴射集管,在集管上裝有高壓除鱗噴嘴。

每對(duì)集管的傳動(dòng)側(cè)一端與高壓水供水管相聯(lián),噴射除鱗水時(shí),供水管路通斷由噴射閥控制。整個(gè)除鱗箱底座與基礎(chǔ)由螺栓固定。為保證最佳除鱗效果,上排噴嘴高度可根據(jù)板坯厚度進(jìn)行調(diào) 整。具體參數(shù)見表1。

圖1 除鱗箱機(jī)械結(jié)構(gòu)

表1 除鱗箱參數(shù)

1.2 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在除鱗箱操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)分別設(shè)置兩個(gè)液壓缸,用于調(diào)整集水管高度。雙側(cè)扁擔(dān)梁用于支撐前后集水管平衡,液壓缸杠頭固定在扁擔(dān)梁重心處,保證集水管升降平穩(wěn)。固定在液壓缸內(nèi)部的位移傳感器需要提前安裝固定好,其線路從液壓缸底部穿出連接在機(jī)旁端子箱內(nèi)。油路系統(tǒng)壓力為18 MPa,介子為HLP46潤(rùn)滑油。圖2給出單側(cè)液壓缸控制簡(jiǎn)圖,使用電磁閥控制油路通斷,比例閥控制液壓缸伸縮。

液壓缸參數(shù):公稱壓力18 MPa;液壓缸內(nèi)徑100 mm;缸桿直徑70 mm;工作行程130 mm;最大行程400 mm。

圖2 單側(cè)液壓缸控制簡(jiǎn)圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 控制器

控制系統(tǒng)采用GE PAC控制器,PACSystems是建立在標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式體系結(jié)構(gòu)上,采用商業(yè)化操作系統(tǒng)的控制技術(shù)。

2.2 硬件配置

GE PAC控制器安裝在一級(jí)自動(dòng)化電氣室,配置包括機(jī)架、電源、冷卻風(fēng)扇、CPU、I/O模塊、網(wǎng)卡、從站等。除鱗箱控制系統(tǒng)兩側(cè)液壓缸內(nèi)部配置兩個(gè)位移傳感器;2個(gè)SSI通道用于接收位移傳感器反饋的位置數(shù)據(jù);4個(gè)I/O輸出點(diǎn)用于控制液壓系統(tǒng)電磁閥(如圖2);設(shè)置兩個(gè)模擬量輸出接口,用于控制兩個(gè)比例閥。增設(shè)3個(gè)端子箱,A箱和B箱分別位于傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè),用于連接兩根磁尺接線;C箱位于液壓閥臺(tái),用于連接電磁閥插頭和航空插頭接線。

位移傳感器型號(hào)為R HM0400MP151S2G1100,安裝時(shí)要求傳感器桿根部配置O型密封圈,防止與液壓缸貼合面處漏油。傳感器頭由保護(hù)罩完全包裹,引出線應(yīng)穿普利卡管接入端子箱。

2.3 控制要求及程序設(shè)計(jì)

該除鱗箱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在原有硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行的擴(kuò)展性、兼容性設(shè)計(jì)。

2.3.1 控制要求

(1)兩側(cè)液壓缸升降時(shí)同步平穩(wěn),系統(tǒng)閉環(huán)可控。

(2)系統(tǒng)具備手動(dòng)、自動(dòng)、單側(cè)操作及標(biāo)定功能。

(3)可同步操作兩側(cè)液壓缸,也可單獨(dú)操作每一個(gè)液壓缸進(jìn)行手動(dòng)微調(diào)消除偏差。

(4)進(jìn)行板坯跟蹤。當(dāng)板坯進(jìn)入除鱗機(jī)時(shí),現(xiàn)場(chǎng)HMD(熱金屬檢測(cè)器)將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給PLC,PLC將根據(jù)HMD信號(hào)狀態(tài),控制除鱗水噴射時(shí)序。

(5)實(shí)現(xiàn)與二級(jí)模型對(duì)接,接收板坯厚度數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳遞圖見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)傳遞圖

2.3.2 程序設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)控制程序包括如下四部分:

(1)一級(jí)數(shù)據(jù)處理:根據(jù)軋制工藝流程要求和機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)邏輯連鎖程序,包括高壓水噴射和停止時(shí)序,L2級(jí)板坯數(shù)據(jù)接收時(shí)序及高度升降時(shí)序。

(2)二級(jí)數(shù)據(jù)處理:將L2下發(fā)的厚度換算成除鱗箱設(shè)定高度。

(3)HMI數(shù)據(jù)處理:將位移傳感器反饋信號(hào)處理成單位為毫米的長(zhǎng)度信號(hào),并輸入到HMI顯示。

(4)經(jīng)過以上程序的計(jì)算,得出數(shù)字量動(dòng)作時(shí)序輸出給定值和模擬量輸出給定值,最后將控制信息經(jīng)I/O模塊輸送到電磁閥和比例閥。

此外,設(shè)計(jì)滿足實(shí)際需要的控制器是保證系統(tǒng)穩(wěn)定的核心[2],除鱗箱的升降是通過雙側(cè)液壓缸同步頂起扁擔(dān)梁,扁擔(dān)梁再牽動(dòng)前后集水管上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。在該過程中,要求除鱗箱升降時(shí)雙側(cè)扁擔(dān)梁保持平穩(wěn)升降,水平一致,且滿足響應(yīng)速度要求。因此,要求所設(shè)計(jì)控制器能夠滿足以上控制指標(biāo)。提出設(shè)計(jì)閉環(huán)PI控制器,并帶有能對(duì)兩側(cè)偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)募m偏功能,實(shí)現(xiàn)雙側(cè)同步運(yùn)行。PI控制過程如圖4。

圖4 PI控制過程

2.4 HMI設(shè)計(jì)

HMI要求應(yīng)具備可操作性,畫面簡(jiǎn)潔,規(guī)范,易操作。操作員可以在HMI上選擇除鱗機(jī)的工作方式,即自動(dòng)、半自動(dòng)及手動(dòng)模式。在自動(dòng)模式下,L2級(jí)將板坯厚度數(shù)據(jù)傳輸給基礎(chǔ)自動(dòng)化的PLC,PLC將板坯厚度換算成集管到板坯上表面的距離,控制液壓比例系統(tǒng)調(diào)節(jié)除鱗箱上集水管高度,從而達(dá)到最佳除鱗高度;在半自動(dòng)模式下,操作員可以輸入經(jīng)驗(yàn)高度,PLC將執(zhí)行當(dāng)前輸入的高度;在手動(dòng)模式下,操作員可以分別操作每個(gè)液壓缸上升或者下降,手動(dòng)消除偏差。此外,在HMI畫面上增加位移傳感器標(biāo)定功能,方便位移傳感器重新標(biāo)定。

如圖5所示,HMI畫面顯示了板坯厚度、道次、工作方式、高度設(shè)定值和反饋值等參數(shù),方便操作員判斷除鱗箱工作狀態(tài)和實(shí)物位置。

圖5 HMI操作畫面

3 使用效果

該除鱗箱控制系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用,數(shù)據(jù)接收準(zhǔn)確,邏輯時(shí)序判斷正確,運(yùn)行狀態(tài)良好。目前可軋制板坯厚度規(guī)格有135、150、170、185、195 mm。液壓系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能測(cè)試結(jié)果見圖6。

圖6 階躍響應(yīng)性能曲線

上升過程指標(biāo)為:上升時(shí)間約0.42 s,操作側(cè)超調(diào)量1.4%傳動(dòng)側(cè)超調(diào)量2%。下降過程指標(biāo)為:上升時(shí)間約0.96 s,操作側(cè)超調(diào)量4.7%傳動(dòng)側(cè)超調(diào)量3.5%。

4 結(jié)論

通過本次設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)除鱗箱噴射高度調(diào)整的控制要求,達(dá)到預(yù)期效果,可有效去除不同厚度板坯在加熱爐中產(chǎn)生的一次氧化鐵皮,操作簡(jiǎn)便,能夠滿足生產(chǎn)需要。

(1)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,能夠有效封水、封渣,改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境。

(2)PI控制器的設(shè)計(jì)滿足設(shè)備快速響應(yīng)指標(biāo),系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)除鱗箱高度自動(dòng)控制。

(3)HMI設(shè)計(jì)符合操作人員習(xí)慣,操作簡(jiǎn)便。

(4)完成一級(jí)控制與二級(jí)模型對(duì)接,提高產(chǎn)線自動(dòng)化水平。

(5)滿足生產(chǎn)線對(duì)不同厚度帶鋼板坯的軋制要求,擴(kuò)大了軋制板坯的厚度規(guī)格,提高了軋線產(chǎn)能。

[1]康向東.熱軋廠除鱗機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].冶金設(shè)備,2005,150(2):58-61.

[2]胡壽松.自動(dòng)控制原理(第四版)[M].北京:科學(xué)出版社,2001.

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