某冷轧厂CPC/EPC 装置国产化改造实践

2021-11-26韩文博李伟宏

设备管理与维修 2021年19期

韩文博，李伟宏，王姝

（1.本钢板材股份有限公司采购中心，辽宁本溪 117000；2.本钢浦项冷轧薄板有限责任公司，辽宁本溪 117000）

0 引言

某大型冷轧厂生产线具有先进的生产工艺技术和较高的自动化控制化水平，有酸洗轧制、退火、精整、镀锌等生产线。生产时带钢在运行过程中，如果带钢偏离机组中心线，就很有可能造成机组生产设备及行进带钢的损坏，导致停机及各种事故，因此确保带钢在机组中心位置行进非常重要。研究带钢跑偏的原因，发现带钢跑偏主要是由于冷轧机械设备的安装误差和生产的冷轧带钢本身板形造成的，因此，为减少冷轧带钢跑偏现象，理论上可以考虑采取以下3 种方法。

（1）保证机组安装精度以及辊子表面加工精度。但是，即使机组安装精度达到标准、辊子圆柱表面加工精度符合要求，投产运行一段时间以后，机组设备仍会产生各种劣化，如辊面有一定损伤、设备基础下沉等，就会直接造成带钢跑偏，因此这种方法无法杜绝带钢跑偏问题。

（2）增大行进带钢的张力。这样可以在一定程度上减少带材跑偏，但是不能全部消除。并且，由于张力增大，使冷轧机组设备重量大幅增加，投资也会相应增大。

（3）降低机组运行速度。机组运行速度是企业生产效率的标志，如果机组运行速度降低，生产效率将大幅下降。

在实际应用中，上面这3 种纠偏方法投资大幅增加，生产效率降低，纠偏效果差。

在机组中安装若干安全可靠的纠偏系统，实时精准计算出带钢运行时的跑偏量，即可实现精准控制带钢跑偏。控制带钢运行中心线与生产线中心线对中，可以采用CPC（Center Position Control，对中纠偏系统）（控制带钢在卷曲过程中边部对齐）和EPC（Edge Position Control，对边纠偏系统），这样就能避免带钢跑偏撞坏设备和损坏带钢，防止卷取时带卷边部不齐甚至出现塔型，大大减少事故，提高带钢质量和成品率，提高生产效率。

1 CPC/EPC 装置存在的问题

该冷轧厂是20 世纪90 年代中期建成投产的百万吨大型冷轧厂，有酸洗轧制、退火、平整、镀锌、重卷等生产线，自投产以来已经经过几次大型的升级改造，各生产线的自动化控制水平进一步提高，产品质量不断提升。但是生产线CPC装置和卷取机EPC 装置一直使用的是进口品牌EMG 的早期产品，现在已经严重老化且技术落后，存在的问题主要有以下4 个。

（1）CPC/EPC 装置老化严重，故障频发。

（2）图纸、资料不全，设备出现故障后无法维修。

（3）装置是20 世纪90 年代的产品，目前有些备件已经无法在市场上采购到，替代备件有时不匹配，而进口备件采购困难、采购成本高，供货周期长。

（4）因为是EMG 早期的产品，采用模拟量控制方式，控制精度低、故障率高，维护量大且繁琐。

目前，该CPC/EPC 装置已经严重影响到冷轧厂的生产运行、产品质量、生产效率及企业效益，因此对其进行国产化改造是当务之急，具有重要意义。

2 CPC/EPC 装置国产化改造实践

2018 年5 月决定对该CPC/EPC 装置进行国产化改造，初选对一冷轧酸轧机组5#CPC 对中装置和1#镀锌机组EPC对边装置进行国产化改造。通过对一冷轧各机组生产工艺、设备、CPC/EPC 装置充分调研、论证，对国内各大CPC/EPC装置制造企业及其产品使用厂多方考察、对比，并进行深入分析、验证、评价后，最终确定由信誉、产品质量、性价比、服务等均较好且国内业绩较多、综合评价较好的国内某公司承制供货。

2.1 模拟信号改造为数字化信号

原CPC/EPC 系统采用的是模拟信号，模拟量系统采用点对点形式的节点信号，模拟电压，模拟电流传输，一个信号就需要一根线，电缆数量较多，接线复杂，故障率高，维护量大而且繁琐。国产化改造为数字信号，数字系统采用串行通信方式交互信号，只需要一根电缆，优点有：信号稳定不易受干扰，精度高，所有信号都以既定通信协议传输，只需修改程序就可以随时增加或减少通信内容，节省成本，后期维护方便。

2.2 国产化改造CPC/EPC 组成及工作原理

国产化改造CPC/EPC 纠偏系统为连续闭环式电液调节系统，系统自成一体，当带钢偏离生产线中心位置时，测量系统检测出带钢在生产线上的位置偏离数据，并将其输入电控器。电控器的输出端与液压伺服系统相连，这时液压系统驱动纠偏执行液压缸做出一个相应的移动，使带钢准确地行进在预先设定好的生产线的中心（边部）位置，同时将这一位置反馈给电控器，形成闭环，持续进行位置调整。

2.2.1 CPC 纠偏系统

国产化改造CPC 系统设备主要由IND2-CP 探测头（探测头为电感式测量传感器，测量范围900～1750 mm，探测头开口度为500 mm）、DCS 电控器（机箱尺寸为600 mm×600 mm×350 mm）、CLPT 线性位置传感器（配有万向转动支架，最大移动速度为10 m/s）、EHV16/100/6 伺服阀及执行机构所构成（图1）。

图1 国产化改造CPC/EPC 装置系统

该系统是连续的闭环调节系统，由IND2-CP 电感式测量传感器探测头连续地监测板带的位置变化。电感式传感器探测头原理如图2 所示：在支撑架上安装两个对称设置的发射线圈，发射电磁波，支撑架下对应安装两个接收线圈，接收电磁波，当带钢从设置的正中通过时（或没有带钢通过时），两个接收端接收的磁力线相等，感应电势相等；当带钢偏移正中位置时，两个接收端接收到的磁力线不相等，感应电势也不相等，这时探测器测量出位置偏差量，输出一个偏差信号；系统将这一信号实时输入到DCS 电控器，电控系统的输出与EHV电液伺服阀相连，EHV 电液伺服阀接收到信号后，伺服阀驱动液压油缸带动纠偏辊进行左右移动或摆动，使板带横向移动，从而实时调整跑偏带钢回到生产线的中心线上，实现带钢自动纠偏对中功能。

图2 电感式传感器探测头原理

2.2.2 EPC 纠偏系统

国产化改造EPC 设计为无机械臂卷取机上的带钢自动对边控制系统，该系统主要由ORAD1-CP 光电式探测头（镜头行程为1000 mm，探测头移动调节速度为35 mm/s）、LSE1075 高频光源发射器（频率为2000 Hz）、DCS 数字控制器（机箱尺寸为600 mm×600 mm×350 mm）、CLPT 线性位置传感器（配有万向转动支架，最大移动速度为10 m/s）、EHV 伺服阀（含过渡板）及执行机构所构成。

该系统是一个连续的闭环调节系统，由ORAD1-CP 光电式探测头与LSE1075 高频光源发射器连续地监测行进带钢边缘位置的变化（图3）：在带钢的上方安装ORAD1-CP 光电式探测头，下方安装LSE1075 高频光源发射器，光电式传感器探测头与光源配合，由于光源与带钢的光学反差非常明显，根据光学成像的原理，当带钢通过测量区域时按一定比例成像到ORAD1光电式传感器探测头上，带钢遮盖的变化量即为带钢边缘的跑偏值，即测量出位置偏差量，系统将带钢边缘位置偏差信号输入到DCS 数字控制单元，电控系统的输出与液压站的电液伺服阀相连，伺服阀驱动与卷取机相连的液压缸，控制液压缸的行程，液压缸使卷取机能够实时跟踪行进带钢的进带位置，实现精确的卷取带钢。

图3 光电式传感器探测头原理

3 国产化改造效果

该冷轧厂于2018 年7 月开始陆续实施CPC/EPC 装置国产化改造，国产化改造的CPC/EPC 装置技术参数达到技术协议要求，安装尺寸与原进口装置相同，顺利完成安装，投入使用。国产化改造的CPC/EPC 装置性能良好：①完全满足现场生产需要，超过原进口装置的性能；②目前在线运行全部超过24 个月，运行安全、稳定，故障率低，维修方便；③性价比达进口产品的2 倍以上，备件价格低，供货周期短；④原进口产品为模拟量信号，国产化产品改造为数字量控制，精度提高，成本降低；⑤所有板卡兼容，实现备件替代，可完全取代进口；⑥产品质量显著提高，成品率大幅提升。

CPC/EPC 装置国产化改造后，经过精确对比计算，每套CPC 对中纠偏装置可降低采购成本11.75 万元，每套EPC 对边纠偏装置可降低采购成本11.5 万元。截至2020 年底，冷轧共计国产化改造6 套CPC 对中纠偏系统、1 套EPC 对边纠偏系统，已降低采购成本82 万元。从2021 年开始计划将该厂各生产线的未国产化改造的27 套对中纠偏系统、对边纠偏系统陆续进行国产化改造替换，预计全部替换后还可节省备件采购资金约300 万元。

国产化改造后，每年可减少因CPC/EPC 装置故障造成停机至少50 h，减少停机损失，提高生产效率；因维修、维护方便，缩短维修时间，减少维修费用；备件配套，采购方便，减少备件费用。此项国产化改造创效显著。