冷轧连退线传动定位控制系统的研究与故障分析

2021-09-28孙振勇

山西冶金 2021年4期

孙振勇

（山信软件日照自动化分公司，山东日照 276800）

整条连退机组自动化控制分为入口段、工艺段、光整机段、出口段四段，且每一段都有单独的CPU进行控制。此外，还有两段传动PLC控制，以工艺段炉区4号张力辊为界，前一段所有传动电机由传动1号PLC控制，后一段所有传动电机由传动2号PLC控制。各段主控制PLC之间通过PROFIBUS DP和以太网来传输数据，主控制PLC和传动PLC之间以及两个传动PLC之间采用UDP通讯。各段主控制PLC和传动PLC之间的控制示意图如图1，以下以出口段传动定位控制系统为例，详细介绍传动定位的原理。

图1 各段主控制PLC和传动PLC之间的通讯示意图

1 出口段传动定位控制系统组成

出口段传动定位系统包括平整机、圆盘剪以及卷曲机。

1）平整机部分的定位包括：焊缝停在平整机前降速定位；焊缝停在平整机前定位；焊缝过平整机降速定位；焊缝过平整机定位。平整机区域传动电机分布图如图2所示。

图2 平整机区域传动电机分布图

2）圆盘剪和卷曲机区域定位包括：焊缝到月牙剪定位；焊缝从月牙剪到圆盘剪定位；焊缝到圆盘剪降速定位；焊缝到圆盘剪定位；出口飞剪切焊缝定位；出口飞剪分切定位；穿带带头到卷取机定位；分切后带尾到卷曲机定位。圆盘剪到出口卷曲机传动电机分布图如图3所示。

图3 圆盘剪到出口卷曲机传动电机分布图

2 传动定位控制原理分析

2.1 传动定位的执行逻辑

机组各段传动定位的启动命令都是由各段主控制PLC在具备条件后发送给传动PLC的，并由传动PLC来执行具体的动作。当传动PLC动作完成后或在执行过程中出错，会立即将信号反馈给主控制PLC，由主控制PLC确定继续下一个动作还是产生报错信息，传动PLC停止定位执行。各定位之间都有一定的关联性，有些关键定位只有在上一个定位完成后，才能保证下一个定位的顺利完成。比如焊缝过平整机降速定位，如果平整机段速度不能在设定的距离内将速度降到60 m/min，那么此次定位就会产生错误，不能正常完成，进而导致焊缝过平整机定位不准。

2.2 传动定位的关键动作信号

每一个定位的开始都是由主控制PLC发给传动PLC一个start信号，传动PLC如果具备定位开始条件，就会产生一个Active信号，同时产生一个Go down的降速信号，然后开始计算定位完成所需的目标距离和实际距离，如果实际所要求的定位完成的实际距离小于计算定位完成所需的目标距离，定位动作就会产生报错信息，定位不能完成，反之，定位就能完成，定位完成后就会向主控制PLC发送Done信号，表示定位完成，本次定位结束。

3 传动定位故障分析与解决

3.1 传动定位故障现象

在实际生产过程中，连退机组产线出口多次出现飞剪分切定位8错误和焊缝到月牙剪定位9错误，导致产线出口快停，现场查看发现实际定位距离和目标定位确实不相符，实际位置与目标位置差值在4 m左右，复位定位错误后可以起线继续生产。

3.2 定位故障原因分析及解决

通过查看PDA曲线后发现，定位8报的错是Fault-I，定位9报的错是Fault-T，所以两个定位报错的原因并不相同，下面我们分别进行分析。

3.2.1 定位8报错原因与问题解决

在实际生产过程中，由于平整机板型辊的实际速度跟不上设定速度，所以将平整机段和出口段传动控制PLC斜坡的加速度从0.5 m/s2改为0.4 m/s2，改完后出口出现了定位8错误的情况，经过仔细研究程序后发现，除了要在传动程序中修改斜坡加速度外，还需将出口段主控制PLC程序中FB672和FB695的NW1中的加速度进行修改，这两个模块分别是主控制PLC中平整机和出口减速定位模块，同样需要将加速度从0.5 m/s2改成0.4 m/s2。

由于没有修改主控制PLC中平整机和出口减速定位的加速度，于是出现了定位频繁报错的情况，如图4中PDA曲线所示。在出口走定位8之前要先走定位3（分切减速定位）减速，由于没有修改加速度，所以出口主控制程序中依然以0.5 m/s2的加速度计算减速位置，而实际上电机是以0.4 m/s2的加速度来减速，所以导致定位3不能走完就开始走定位8，这样使得定位8激活时的初始速度就没有降到45 m/min，传动程序中计算的减速距离大于允许长度，定位报Fault-I，I代表impossible，表示定位不可能完成，从而导致出口快停。

图4 定位8出错时的PDA曲线

3.2.2 定位9报错原因与问题解决

在出口走定位9之前要先走定位10（焊缝到月牙剪减速定位），定位10的作用是使出口速度降到240 m/min，240 m/min是定位9开始的初始速度。如果以240 m/min即4 m/s的初始速度走定位9，那么根据速度公式：

式中：vt为末速度；v0为初始速度；a为加速度，a=0.4 m/s2；x为带钢行走的距离。

从上面公式中可以计算出带钢停下来所需要的距离是20 m，而程序中设定的焊缝检测仪WPD4到月牙剪的距离是23.68 m，所以传动程序从焊缝超过WPD4约3 m（有1 m的窗口值）的位置才开始定位9。这样就会存在一个问题，我们知道焊缝经过WPD4的时候跟踪计算的长度会被标定一下，但是如果带钢跟踪计算的焊缝比实际的焊缝早3 m以上到达WPD4，这时跟踪的长度还没有被标定，传动程序就开始执行定位9，但其实真实的焊缝并没有到达WPD4，所以就会出现焊缝停在月牙剪前的情况，这时定位会报Fault-T，T代表target，表示没有到达目标位置。定位9出错时的PDA曲线如图5所示。

图5 定位9出错时的PDA曲线

针对这种情况，对出口程序FB646公共通道斜坡块的NW22做了修改，将执行完定位10的最大速度由240 m/min改为200 m/min，这样可使执行定位9的初始速度控制在200 m/min以内，减速距离减少到13.875 m，这样只要跟踪计算的焊缝位置与实际位置相差在10 m以内定位就不会报错，观察PDA曲线看到的最大差值约4 m，通过修改定位10的最大速度，成功解决了定位9的报错问题。