热轧中宽带钢生产线飞剪失控分析及改进措施

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1 引言
中外合资邯郸纵横钢铁有限公司轧钢厂主要生产中宽带钢，共有两条850mm轧线，先后于2004年4月和12月投产。设计生产能力200万吨/年，其精轧机E4轨道前设有一台转毂式飞剪，用于热轧带钢的切头切尾，以满足生产工艺及控制的需要。生产中有时会发生飞剪不能投入自动、不摆位、不切、连切切头切尾不准等失控事故，虽然能使用手动一次切，但切头、切尾长短控制不准，影响轧制节奏和带钢进入精轧机组的温度及板型，严重影响了带钢成品的产品产量和产品质量。
另外，这两条热轧中宽带钢生产线具有一定的代表性，像唐山建龙800mm、北台850mm、津西850mm、邢台850mm等自动化控制基本是一样的(均为北京麦思科自动化工程技术有限公司设计)。
3 c. X) w+ ~( ~7 x2 飞剪失控问题分析
结合热轧带钢的生产情况就具体成因分析。
' Q4 _6 L4 F4 ]6 q: g" G& h1 e) c2.1 控制工艺
参见图1辊道精轧侧压前的辊道画面。钢坯在经过粗轧机5~7道次轧制后经E辊道送入精轧机组，在不剪切时，剪刃处于等待位置，在此位置上，带钢运行通过飞剪，而剪刃则由冷却水进行冷却。除切头、切尾外，剪刃处于该位置。此时切头剪刃处于270°，切尾剪刃处于180°。

1 C: D6 F2 t  \9 l$ r/ @3 q$ |图1 辊道精轧侧压前的辊道画面
当飞剪得到切头的指令后，首先将切头剪刃转到180°，该位置就是剪刃的起动位置，当飞剪得到切头起动的指令后，切头剪刃即从180°位置起动加速，在16.8°开始进入剪切到0°剪切完成，在-20°位置开始制动，在130°位置制动结束，然后再返回到270°等待位置，等待下一个切头过程，再重复以上全过程。
切尾时，切尾切刃直接从180°位置起动加速，在16.8°开始剪切，至0°完成剪切，在-20°位置开始制动，在130°位置制动结束，然后再返回到180°等待位置。
8 y  d6 k, W+ o' T8 l/ [图1是D5辊道到精轧侧压前的一段辊道，36~44表示热检HMD36~HMD44(HMD为hot metal detector的缩写)，绿色表示带钢通过，辊道正下方方框中的数字表示辊道的速度，飞剪绿色的三角表示切尾剪刃，红色的三角表示切头切刃。
7 @; l" I# b( J+ C( }+ Y9 Q2.2 飞剪的PLC控制过程
(1) 自动切头PLC控制程序根据飞剪工作的剪切方程编制，如图2所示。

9 f" A0 v2 I: z% q* y% e图2 自动切头梯形图
v(t)dt=L+LC-(vt*td+a*Td*Td/2+(ls/k+k*(vt+a*Td)(Vt+a*Td)/2*(aA-K*a))+lcerr ？>=disset
" s! K, z2 n: P$ y; K5 Z其中:
L=D43TOCS HMD43到飞剪的距离(%R1413)
$ A8 Q/ N  T6 z2 q8 z3 U& r0 wLC=TOCLEN 从监控画面;和设定剪切的长度(1401R(0.3m))
) }" e/ V4 \5 n3 P' Avt=MRSPFBK 带钢的速度回馈(%R251 (0.0mpm) )
td=TD 飞剪起动动作死区时间(%R1417(0.2s))
a=TA 飞剪起动延时时间(%R1419(0.3s) )
ls=LS 飞剪剪刃移动的距离(%R1409(1.583m))
k=1+TOCLD 监控画面上设定的剪切超前率
8 S" m" Z& ^+ r8 j3 R6 c  ~aA=ALPHCS
上位机设定的飞剪加速度(%R1421(4.00m/ss) )
+ l3 {. m8 R+ W7 A6 o. C1 S# T& Ba=ALPHBA 上位机设定的剪刃加速度(%R1423(0.0m/ss) )
9 n7 m$ w# Y/ K: o- j+ {lcerr=TOCERR 剪切偏差值(%R1425(0.0m) )
当PLC从HMD43热金属检测器检得带钢开始(2m)开始计算带钢头部距离飞剪的距离，当满足 v(t)dt>=disset时， 则将切头(TOPCUT)标志置1来起动飞剪。
(2) 飞剪的自动切尾根据切尾剪切方程编制，如图3所示。
2 B0 h( a' N1 t5 `$ z2 l
+ E, c1 }, L8 m图3 飞剪的自动切尾梯形图
与自动切头的控制基本相同，只是剪切方程为：
. g! N6 \; F. e1 w$ J7 w5 w5 Av(t)dt=L-LC-(vt*td+a*Td*Td/2+(ls/k+k*(vt+a*Td)(Vt+a*Td)/2*(aA-K*a))-lcerr ？>=disset
$ y  i9 r2 W' `8 D当PLC从HMD43热检检失带钢开始(2m)开始计算带钢尾部距离飞剪的距离，当满足v(t)dt>=disset时，则将切尾(TAILCUT)标志置1来起动飞剪。
. O6 K) u& ~5 q& d- N0 M2.3 飞剪失控原因分析
(1) 飞剪自动不能投入:在E辊道上设有废钢推出机，与E辊道自动有联锁关系，如果废钢推出机不在后退极限的话，E辊道自动将投不上，飞剪自动也投不上。原程序设计中废钢推出机回到后退位(后退接近开关检测到)后就不再保持后退动作只有当一组全部不在后退位时才自动后退，但结合现场实际使用情况，发现是废钢推出机液压缸存在内泄，有杆腔经常向推出侧移动而导致飞剪自动信号和E辊道自动信号掉，而使飞剪自动剪切无法投入，改造程序互锁关系后此问题得以解决。原来的程序和修改后的程序分别如图4图5所示。

图4 原来的E辊道自动联锁程序

图5 修改后的E辊道自动联锁程序
" W$ H+ O0 V- L$ y; ~% C2 P修改后的程序：保证只要有一组废钢推出机只要有任何一个后退不到位，则给这个组一个后退信号，直到全部后退到位，以防止因自动掉而产生的不良影响。
) s5 u4 k+ L, j% G2 d. _' D) y+ Z7 T(2) 飞剪自动时不摆位：正常情况下HMD41检得后，飞剪开始摆位。经过观察发现总是由于ETHOLD(紧急保持)信号来了而导致不能自动摆位，原因是轧制节奏过快，导致E辊道紧急保持信号来而掉摆位信号。见图6。

  l) E0 i0 n9 f- B4 M. a图6 含有ETHOLD(紧急保持)信号的摆位控制梯形图
* ^- [+ |. r% p- I8 i2 g(3) 飞剪自动时不切。可能原因有：
, b7 A- t/ K; A! i; G. V2 I2 A●测速辊码盘没有测得带钢的速度；
  v( y0 V( _1 }3 U1 e●轧制节奏过快，E辊道紧急保持，飞剪在HMD41测得后不摆位，飞剪自动时不切头。
(4) 飞剪连剪。主要可能原因有以下几种：
9 ]$ ~6 Z' a! ]& `' F% [; g1 G- K●飞剪码盘位置反馈不准，不能准确定位；
●HMD43热金属检测器有时检得有时检失信号不稳，特别是冬天，E4辊道除鳞水产生水雾影响热检的工作，就可能造成在带钢中间剪一刀或刚进飞剪时连剪；
! a7 u- S2 v) t●手动一次切时，一般都是两刀，因为飞剪剪刃是90°剪刃,一次剪飞剪不摆位，尾部刀刃也切一刀；
●飞剪抱闸制动能力不足(长时间磨损或液压罐没有油)，导致飞剪位置码盘不能在要求的范围内停止，APC无法控制。
1 ^& l; @( c2 Y+ g(5) 飞剪切头切尾不准。
●切头不准，很有可能是测速辊长期使用，转动不灵活，测速辊气缸压力不足，导致与带钢接触不好，打滑，测速不准，直接影响剪切精度，有时还可能会不切，或提前动作而切不到，有时需要过一块钢调整一次剪切参数。
4 q. y2 y0 l$ A! E& R, y' i●夹送辊长期磨损，转动不灵活，测速反馈慢，或反馈速度时快时慢，从而导致无法自动切尾。
$ \" K2 j3 g# \1 |1 D+ G3 飞剪失控问题解决
以上各种失控原因中由于元器件的损坏而导致信号不到的必须更换元件来解决；若是检测元件受到外界干扰造成的，设法去除干扰因素，抱闸、测速辊、夹送辊需要定期维护，加油润滑，检修时看是否要更换等，加强巡检工作。
(1) 去除外界干扰的处理方法
6 I  L1 s% Q& b2 g, W; l8 n; Q针对热检电信号抖动造成中间剪切或不切或提前动作，可以从两方面着手解决。
●对热检检得的信号加上10ms左右的延时，对电信号去抖动;
●在重要且易受干扰的热金属检测器(HMD43、HMD44出口上加上长筒)，直接指向辊道带钢中心线，并在长筒内加上气管向外侧吹扫，可以大大减少粉尘、水雾的信号干扰，并可以延长热检的寿命；
8 ]1 p' l8 e% p●对热检加上冷却水进行冷却。
/ ~( J1 Q! W0 i  A# n(2) 充分利用PLC的监控功能
* i% `# R2 \3 e9 S0 Q9 m对易影响飞剪切头切尾的点进行监视，发现信号不正常要及时处理或更换元器件，减少事故的发生。
由于人工轧制节奏快的情况，可以在保证安全的情况下取消紧急保持点(EHOLD)，以减少飞剪不摆位的情况的发生。
6 l: [; N3 i/ J(3) 现场的热检进行调整
由于外界原因或人为原因导致热检位置变化时，必须对现场的热检进行调整。
(4) 经常对剪切参数进行修改并记录最佳剪切参数 因为轧制的规格不同，所以需要经常调整，优化组合。
(5) 其它失控原因处理
$ v. E( Z( C7 I- O% u- M/ w/ ^2 y! X3 Q飞剪切头或切尾或运行过程中突然跳闸，可能是飞剪剪刃锁紧接近开关检测信号有误或剪刃松了，值得一提的是，需要注意控制飞剪的PLC的扫描周期，一般为定时扫描，根据自动扫描时时间的长短，定一个时间(此值进剪切方程中，关系到剪切精度)，超时扫描也可能会导致传动装置跳闸。
; L- n/ O& ~' @2 l5 `" @' x4 结束语
通过以上改进措施，基本可使电气设计上的不合理及PLC程序设计上的不足所造成的飞剪失控现象消除，提高了飞剪的有效作业率和产品质量。但一些元器件上的不足(自然或人为原因损坏)所造成的失控，仍需要加强人工巡检及各方面的配合才能减少。
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