莱钢1500mm宽带延跨钢卷运输系统电气控制改造

周 东

作者通联：莱芜钢铁集团有限公司板带厂 山东莱芜市 271104

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一、莱钢1500mm宽带延跨钢卷运输系统

1.主要设备

该运输系统为后期配套工程，由大连重工2007年设计制造，主要是接收原运输系统的钢卷并送至成品发货区域，主要设备见图1。

图1 钢卷运输系统设备组成

（1）步进梁为液压步进式驱动，升降和平移分别采用电磁换向阀和比例阀控制。步进梁步距控制时序为等待位置→取卷平移→上升→运卷平移→下降→返回等待位置。8个接近开关进行步进梁等待位置、取卷减速、取卷停止、上升位置、运卷减速等信号检测。

（2）运输链将前一个步进梁上钢卷逐步运送至下一个步进梁。1#、2#运输链各由1台75kW的YTSP315S-6型交流变频电机驱动，采用110kW西门子6SE7032-1EG60变频器，V/F控制模式。

2.存在的问题

（1）步进梁。①升降用电磁换向阀流量不易控制，导致机械冲击过大，检测信号不稳定。②步进梁平移过程中振动，造成平移位置检测用接近开关信号不稳定，钢卷在运卷过程中掉落，影响生产。

（2）传输链。①电机V/F控制模式在低速运行时电压调整困难，调速范围小，不能精确控制电机实际转速。运输链所带钢卷负载大且低速运行，电机频繁出现过流故障。②1#、2#运输链各有19个钢卷支架，满载状态下负载重，其停止位置和定位检测采用接近开关，由于机械设计原因，设备运行中振动大，接近开关检测距离小，频繁出现运输链不到位或超行程，影响运卷，存在掉钢卷的安全隐患。

（3）系统未设计和原运输系统的信息交换、控制，钢卷运输上下工序衔接仅依靠两个操作台人员口头确认，增大操作难度和危险性，影响运输节奏。

由于上述问题，延跨钢卷运输系统设计的手动/半自动/自动3种工作模式，目前只能采取手动操作，操作人员和维护人员劳动强度大。为此，决定对系统进行改造。

二、系统改造

1.步进梁

（1）将步进梁升降改用Rexroth公司ZDR 6 DP0-45/40YMV W80型比例伺服阀控制。比例阀可按输入电气信号连续、按比例的远距离控制油液压力、流量和方向，一般具有压力补偿性能，确保输出压力和流量不受负载变化影响。利用软件编程中功能块，对比例伺服阀给定增加斜坡控制，通过4～20mA输出信号改变比例阀阀口开度，从而平滑控制输出流量，提高了设备的运行精度和稳定性，保证了检测信号可靠稳定。

（2）采用美国BANNER LT3PILV型激光测距传感器（输入电压DC 24V，输出信号4～20mA）检测步进梁平移液压缸行程。控制系统采集传感器输出信号即可准确判断步进梁平移取卷、运卷位置，实现步进梁步距可靠控制和信号跟踪。而且激光测距传感器检测液压缸实际行程，不受步进梁平移时产生的振动偏差影响，稳定性好，控制精度高。

2.运输链

（1）电机改为速度矢量闭环控制模式。①矢量控制变频调速模式是将交流电机等效为直流电机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制，调速范围大，响应速度快，适于电机频繁加、减速运行情况。②电机速度反馈。保持变频器配置和软件程序不变，在1#、2#运输链电机非负荷端分别增装1套倍加福RNI58N-0BAK1R61N-1024型速度编码器，通过屏蔽电缆连接至变频器X103：23-28（速度反馈输入端子），采集电机实际速度。③参数设置和电机辨识。将电机控制模式参数P100=1改为P100=4（速度矢量闭环控制）；通过参数 P130=11，P151=1024 设置编码器类型及每转脉冲数；自动设置参数和电机识别P115=2（电机静止状态识别），电流调节器参数 P283（增益）、P284（积分时间）自动设置；P115=4（计算电机模型“空载测量”），P103（电机励磁电流），P120（电机电感自动调整）；P115=5（计算电机模型“调节器优化”），速度调节器P235（增益）、P240（积分时间）自动设置。

（2）采用编码器定位检测。经过充分论证，分别在1#、2#运输链电机减速机端安装1输出轴，用于固定瑞士宜科公司EAM58G10-GS6XPCR-8192 SSI型绝对值型编码器（图1虚线框），通过屏蔽电缆分别连接至PLC模拟量模块。程序将编码器读数和运输链每运送1支钢卷的步距距离进行对应，现场测量运输链每运送1支钢卷的实际步距距离为4.8m，对应编码器读数为10930。软件设计运输链电机运行速度为梯形控制，初始速度以一定斜率加速到设定速度运行，编码器实际值与步距距离（对应10930）比较，若变化率＜0.3%，则速度降低以一定斜率减速到停止位置,实现运输链自动停止和准确定位。程序设计见图2。

3.网络化控制

基于SIEMEN控制技术，采用SIMATIC NET工业以太网和原生产线运输系统PLC540主站进行网络通信和数据交换。钢卷运输系统自动化网络分为两级（图3）：①以太环网。由PLC610主站、8CS HMI、9CS HMI组成。②DP网。软件编程通过发送、接收功能块完成控制字和状态字的发送和接受，PLC540主站和PLC610主站实施网络信息交换后，钢卷运送到步进梁后面回转台，回转台旋转到位自动发送控制信号位，触发延跨钢卷运输系统1#步进梁自动运行，实现钢卷全区域自动运输。

图2 程序设计框图

三、改造效果

2008年6月钢卷运输系统完成改造、调试，经过运行，各项性能指标均符合设计要求。

（1）减缓了对机械设备的惯性冲击，系统故障率降低70%，作业率提高25%。

（2）钢卷运输步距控制和自动定位控制可靠准确，钢卷运输系统实现全自动控制，产量提升40t/h。

（3）备件更换率明显降低，月节约备件费用1.8万余元。

（4）运输链电机通过参数设置，电机静态、动态识别后，系统响应特性快，运行电流波动范围＜5%，过流故障消除。

1 王大海、段方民、王峰.步进梁式加热炉钢坯定位控制系统[J].冶金自动化，2004（4）

2 孙平.PLC步进定位控制系统[J].电工技术，2002（2）