铜带热轧机无芯上卷取机的改造

第３９卷第３期２０１０年６月有色金属加工ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳＭＥＴＡＬＳＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧＶＯＩ．３９Ｎｏ．３Ｊｕｎｅ２０１０

铜带热轧机无芯上卷取机的改造陆辉（金威铜业设备科，安徽铜陵，２４４０００）

摘要：文章从多方面介绍了铜带热轧机无芯上卷取机的技术改造，包括上卷取机的机械结构及其速度控制、三辊预弯装置辊缝预设定、６ＲＡ７０直流调速器参数设定以及２台Ｓ７—３００问的数据通讯等。通过技术改造，提高了生产效率，减少了天然气、水、电等能源介质的单耗。同时文章也总结了技术改造中存在的不足。关键词：元芯上卷取；６ＲＡ７０控制器；三辊预弯中图分类号：ＴＧ３３５文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—６７９５（２０１０）０３—００４３—０４

我公司步进炉一热轧机一铣面机生产线用于将最大厚度为２５０ｒａｍ的铜铸锭由步进式加热炉从常温加热到７５０—９００气，再由热轧机进行热轧开坯，得到厚度在１３ｒａｍ左右的带材，之后直接由铣面机进行在线面铣和边铣，并卷取成卷后为下道工序提供来料。热轧机在设计制造之初，公司从减少投资、加快建设进度的角度考虑，同时认为热轧后的板材不经卷取直接铣面，可以减少工序，降低能耗，因此上卷取机只完成了机械设计，未进行制造及安装调试。经过两年多的实际生产。发现这种工艺存在以下问题：①三台设备联机生产，可靠性大大降低，任何一台设备发生故障，整条生产线要全部停机等料。特别是步进炉在等料的时间里燃气用于保温，浪费严重；同时频繁的升温降温，对炉体及耐火材料的寿命非常不利。②铣面机为了带材剪尾需停机一次，由此产生的铣刀痕在下道工序无法消除，影响产品质量。③产量受限，能源消耗大。铣面机正常铣削速度只有１０ｍ／ｓ，单根铸锭从步进炉出炉到铣面成卷约需３０一３５分钟，生产效率低。因此，公司决定在热轧机和铣面机之间安装一台无芯上卷取机，热轧后的带材由上卷取机卷取后为铣面机提供来料。电气部分的设计、安装和编程调试由公司设备科承担。１热轧机自动化配置示意图Ｓ７—３００ＰＬＣ、３台操作电脑、１台ＯＰＴ面板以及Ｓｉｅｍｅｎｓ公司６ＲＡ７０直流调速器和现场传感器组成，用以执行生产线所有设备的顺序、联锁和其他控制功能。ＨＭＩ的界面基于分层菜单系统，操作人员可通过ＨＭＩ完成对设备进行操作、监控。同时一级系统以近乎实时的方式将生产数据和内部计算数据传送至二级系统。二级系统由２台服务器、２台工程师站和１台打印机组成，包括在数据库中存储产品和质量数据、道次表管理以及从三级系统下载新道次表的功能。见图１。

图１自动化系统配置示意图整条生产线的一级控制系统由３套ｓｉｅｍｅｎ。司的２上卷取机区域机械示意图

收稿日期：２００９—０９一０２在图２中，①入口导卫辊，②人口夹送辊，③三辊预弯装置，④三辊预弯装置液压马达，⑤三辊预弯装

万方数据有色金属加工第３９卷置液压缸，⑥边部导卫，⑦卸料小车，⑨卸卷器。长８ｍ、厚２５０ｒａｍ、温度高达８５０℃的铸锭经过热轧后，长度延展为１５０ｍ，厚度减薄为１３ｒａｍ，经过冷却水在线冷却后温度低于４００Ｃ，由辊道电机驱动，进入上卷取机区域。首先由入口导卫辊①进行对中，在卷取过程中入口导卫辊①同时还起着夹持作用。上卷取电机经变速箱减速后再经过分配箱同时驱动入口夹送辊②和三辊预弯装置③，其余辊子由皮带传动。带卷经过入口夹送辊②后，下夹送辊液压缸向上运动，将带材夹紧，在卷取过程中起协助带材向前运动的作用。三辊预弯装置③的辊缝，即上下辊间的重叠量，由操作人员人工设定，其中液压缸⑤用于粗调，液压马达④用于精调。当带卷通过三辊预弯装置③时，带材被弯曲成直径７５０ｒａｍ左右的圆形，并层层相压，直到卷取过程结束。在卷取过程中，边部导卫⑥的宽度与人口导卫辊①的宽度保持一致，保证料卷有良好的塔形。最后由卸卷器⑨通过左右和上下运动将料卷吊运至卸料小车⑦上，并由卸料小车⑦将料卷摆放在指定的料台。圈２上卷取机区域机械示意围３三辊预弯装置辊缝的预设定

在卷取前，三辊预弯装置辊缝的设定，即上辊与下辊之间的重叠量８的计算对卷取半径至关重要。如图３所示，三只预弯辊Ａ：、Ａ，、Ａ‘直径均为２２８ｍｍ，下辊Ａ，和Ａ．之间的距离固定为２６０．２ｒａｍ，假设Ｂ点为Ａ，Ａ．的中点，如果要求厚度ｈ＝１３ｒａｍ的带材成卷直径币＾Ｉ＝７５０ｍｍ，则有：

削３二辊敞写裘置辊缝坝设足已知：Ａ３Ｂ：下Ａ３Ａ４：１３０．１ｍｍ；

ＡｌＡ３：挈“＋华：３７５＋１３＋１１４：５０２ｍｍＡＩＡ２：挈一挈：３７５．１１４：２６ｌｍｍ则有：ｓｉｎ小硒Ａ３Ｂ＝等＝０．２５９ｃｏｓＡＩ＝０．９６６Ａ：Ａ，＝扣ｉ万百虿互ｉ啊ｉ百石面＝２５８．８ｒａｍＡ２Ｂ＝肛忑可＝２２３．７ｍｍ

最终可得８＝Ａ２Ｂ一中＾２一①＾３＝－４．３ｍｍ三辊预弯装置在操作侧安装有ＭＴＳ公司的磁致伸缩位移传感器，可精确测量下辊的位移，操作人员通过对下辊液压缸和液压马达的操作。可以得到想要的重叠量８。

４卷取机速度控制及其与热轧机的数据交换

万方数据第３期有色金属加工４５图４卷取机速度控制原理框图图４中Ｒｅｆ为速度设定值，ＰＢ＋和ＰＢ一为加减速按钮，８为每次有效按压加减速按钮后速度的增加或减少值，卷取机点动速度为１２ｍｐｍ，经过限幅器，将其速度限制在５—４５ｍｐｍ之间；再经过速度斜坡发生器、速比转换、旋转方向控制，最终６ＲＡ７０直流调速器获得速度给定值。由于在卷取过程中需要辊道电机与卷取机同步旋转，协助将带材送向卷取机，因此需要在主轧机Ｓ７—３００和卷取机区域Ｓ７—３００之间建立数据通讯。如图ｌ所示，２套ＰＬＣ通过ＣＰ３４３模块一ＲＪ４５线一ＨｕＢ一光纤转换器一光纤一光纤转换器一ＨＵＢ—ＲＪ４５线一ＣＰ３４３模块的方式来完成硬接线。在ＮｅｔＰｒｏ中组态，建立２套ＰＬＣ之间的ＩＳＯ—ｏｎ－ＴＣＰ连接；在程序中建立通讯专用Ｆｃ块，使用专用功能块ＡＧＳＥＮＤ和ＡＧＲＥＣＶ完成数据的发送和接收。在ＡＧＳＥＮＤ块中可将上卷取机电机的实际转速发送到主轧机ＰＬＣ，作为辊道电机的速度给定值，使其速度与上卷取电机相匹配。辊道电机速度跟随上卷取机速度有诸多前提条件，如轧机主电机速度为零、机前和机后高温计未检测到高温铸锭、主机不在进行轧制等，在程序中必须建立完善的逻辑条件封锁，确保安全。５上卷取电机工作原理上卷取电机直流调速器选用Ｓｉｅｍｅｎｓ公司的６ＲＡ７０８１—６ＤＶ６２—０，其中端子３７为合闸命令，端子３８为使能信号，其速度给定、电流限幅、实际转速和实际电流等数据均通过ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ总线与ＣＰＵ３１５—２ＤＰ通讯，定期进行数据交换。直流调速器的参数设定可通过工程师站，使用ＤＲＩＶＥＲＭＯＮＩＴＯＲ软件来完成，主要参数值如表１所示。如图５所示，当调速器单机容量远小于所在电网变压器的短路容量时，选用进线电抗器可以降低电网中设备与调速器之问的相互影响，降低谐波电流。而选用输出电抗器，可以在不增加变频器容量等级的情况下解决容性充电电流对调速器的影响。表１直流调速器参数设定

图５上卷取电机原理图万方数据４６有色金属加工第３９卷

６不足与缺陷经过多次生产，也暴露出改造存在的不足：①部分辊子由皮带传动，在卷取后期，卷外径越来越大，卷材越来越重，用于部分辊子传动的皮带负载越来越大，容易产生皮带打滑，甚至断裂。为了保证连续生产，只有限制卷取速度不得超过２５ｍ／ｒｎｉｎ，现已计划将皮带传动改为链条传动。②三辊预弯液压缸分传动侧和操作侧共２只，共用一个阀台和进出油管。在重负荷的情况下，油缸有轻微内泄，而位移传感器只安装在操作侧，无法测得传动侧下辊的精确位置，导致有时三辊预弯装置辊缝不平行，对卷材塔形不利。③铸锭经热轧成带材后，由于不同成分的合金在不同的终轧温度时。其弹性回复不同，而热轧机出口没有测量带厚的传感器，故控制系统无法得知终轧后的带材的厚度，所以三辊预弯装置的重叠量无法由控制系统自动计算后得到。预弯辊的辊缝定位完全由操作工的经验来设定，无法自动摆辊缝。④侧导卫板的强度不够，一旦出现辊缝不平行、卷材严重侧弯等情况，侧导卫板不能很有效地保证工位，对成卷带材塔形不利。

７总结

改造结束后，经过多次生产，证明改造效果良好。卷取时间不超过６分钟，铸锭从出炉、热轧到卷取成卷，耗时约１８分钟，相比以前的联机铣面工艺而言，平均每根铸锭可节约１２分钟左右，效率大大提高，天然气、水、电吨耗均大幅下降，卷取塔形小于Ｉｃｍ，卷取内径为７５０±２。

ＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＭａｎｄｒｅｌｌｅｓｓＵｐｃｏｉｌｅｒｏｆＣｏｐｐｅｒＳｔｒｉｐＨｏｔＲｏｌｌｉｎｇＭｉｌｌ

ＬＵＨｕｉ（ＪｉｎｖｉＣｏｐｐｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｔｏｎｇｌｉｎｇ，Ａｎｈｕｉ，２４４０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｍａｎｄｒｅｌｌｅｓｓｕｐｃｏｉｌｅｒｏｆｃｏｐｐｅｒｓｔｒｉｐｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ，Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｕｐｃｏｉｌｅｒ，ｐｒｅｓｅｔｔｉｎｇｏｆ３ｒｏｉｌｓｐｒｅｂｅｎｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｔｔｉｎｇｏｆ６ＲＡ７０ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，

ｔｈｅｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎＳ７・３００ｓ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ｔｈｅｐｌａｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｐｒｏｄｕｃｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｎａｔｕｒａｌｇａｓ，ｗａｔｅｒ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，ｅｔｃ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｌｓｏｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｉｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｎｄｒｅｌｌｅｓｓｕｐｃｏｉｌｅｒ；６ＲＡ７０ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；３ｒｏｌｌｓｆｏｒｐｒｅｂｅｎｄｅｒ

（上接第６２页）是，为了减小开销，设置一个时钟任务用来管理大部分的时间管理工作，为系统提供时钟服务，让时钟滴答中断做比较少的工作。上面所述的时钟管理功能，被分为两个部分的工作，一部分在时钟中断处理，有点类似于时钟管理的预处理；另一部分在时钟任务中完成。当定时器硬件发出中断信号后，立即中断当前任务的运行，按时钟中断向量转入内核的时钟中断处理程序。首先是关中断，把任务被中断时ＣＰＵ的所有寄存器，保护在当前运行任务的ＴｃＢ（任务控制块）中。然后，调用时钟滴答处理函数Ｃｌｏｃｋｔｉｅｋ进行处理。Ｃｌｏｃｋｔｉｃｋ仅作一些简单的计时工作，只在必要时，才发消息给时钟任务去处理，并立即返回到用户任务。在这期间，有些任务的状态可能发生变化。所以，在退出内核之前再调用调度程序，对任务进行调度，由调度后的当前任务的ＴＣＢ中恢复ＣＰＵ各寄存器内容。最后，打开中断，恢复用户任务的运行。这样就可以大大的简化ｔｉｃｋ中断的开销。