宝钢热轧轧辊磨床数控系统改造方案

宝钢热轧轧辊磨床数控系统改造方案
发表时间：2018-06-06T15:24:01.737Z 来源：《科技新时代》2018年3期作者：崔海波[导读] 摘要：宝钢热轧 2050 轧辊磨床是用于轧辊表面精加工的设备，其主要功用是磨削热轧厂的工作辊和支承辊，其数控系统为 IBSO 公司专为德国 WALDRICH 轧辊制造厂开发的第一代产品，型号为 ILC-500。

随着用户对钢板表面质量要求的不断提高，摘要：宝钢热轧 2050 轧辊磨床是用于轧辊表面精加工的设备，其主要功用是磨削热轧厂的工作辊和支承辊，其数控系统为 IBSO 公司专为德国 WALDRICH 轧辊制造厂开发的第一代产品，型号为 ILC-500。

随着用户对钢板表面质量要求的不断提高，轧辊磨床的磨削精度成为制约钢板质量和板形精度的瓶颈，同时磨辊间减少操作人员数量并提高劳动生产率的要求也越来越强烈，故决定对宝钢热轧 2050 轧辊磨
床进行改造。

本文重点介绍具体改造方案。

关键字：宝钢、数控、改造
1磨床数控系统改造的原因
随着轧钢技术的不断改进和发展，对轧辊加工提出了一系列技术上的要求：
①更加复杂的轧辊辊型（CVC、多元轧辊）；
②更小的轧辊辊型偏差和偏心度、圆度及锥度偏差；
③更快的磨削速度和效率；
④适应于更多的轧辊材质，应用范围更广；
同时，磨辊间的发展对轧辊磨床也有新的要求：
①提高劳动生产率，减少人员投入；
②提高磨床的使用寿命；
③更高的轧辊检测要求和足够大的检测数据的存储能力
宝钢 2050 热轧轧辊磨床是 20 世纪 80 年代从德国进口的，其数控系统主要采用分立插件板计算机、PLC 采用西门子 S5-130，并且通过点对点连接的方式进行信号传送。

由于计算机硬件及软件的限制，使得该磨床自动化水平较差，并存在以下问题：（1）磨削后的轧辊辊型偏差大，严重制约了热轧板的板形质量和凸度指标的进一步提高。

轧辊辊型偏差指实际辊型与设定辊型的差值。

由于轧辊是轧钢过程中钢板主要的变形工具，随着用户对钢板尺寸精度要求越来越高，特别是对钢板平直度要求小于50µ，而目前轧辊磨床磨削辊型偏差大，基本在 100µ左右。

由于磨床磨削辊型偏差已大于钢板板形精度要求，故严重制约了热轧板的板形质量和凸度指标的进一步提高，更无法适应日后大量双高产品对轧辊精度的要求，使宝钢的国际竞争力处于落后地位。

（2）磨削效率低下
由于磨床校准轧辊中心时间较长，程序中也无补偿功能，因此磨削时间长，效率低下。

目前 2050 热轧磨削平均每根需 45～60 分钟，而同样 1580 热轧平均每根只需25～40 分钟。

由于磨削效率低，同样要磨削到规定的精度所需要的磨削道次就多，轧辊的损耗及砂轮的损耗都相对较大，影响到辊耗的进一步降低。

同时，为保证轧线正常供应合格的轧辊，必须保证轧辊足够的周转量。

如能提高磨床磨削效率，则能减少轧辊周转量。

（3）自动控制水平落后，严重制约了磨辊间劳动生产率的提高
在操作性能方面，该系统操作界面差，无法进行图形显示，操作工不能随时察看园度、磨削偏差等曲线，同时不能预见磨削效果。

磨削程序未采用模块化设计，无法实现自由编程。

硬件设计时无扩展功能，不能联网通讯，也不能实现磨床集中控制，严重制约了磨辊间劳动生产率的提高。

（4）磨床控制系统和传动系统结构复杂，故障率高。

磨床采用直流传动系统，设备的稳定性和维护性差，影响磨床作业率的提高和维护成本的降低。

直流电机中碳刷需经常维护保养，如维护不及时就会造成故障。

CNC 系统插件板采用的是分立元件，和 PLC 之间采用点对点通讯，PLC 和现场元件之间也是采用点对点通讯，故电缆量大，故障率高，且故障查找和处理难度较大。

（5）备品备件采购难、费用高
由于电气技术发展很快，很多电气备件难以采购或采购费用很高。

目前磨床上许多电气设备存在老化现象，要保证磨床的较高功能投入率和精度，就需投入大量的备品备件费和维修费。

且随着磨床的进一步老化，投入费用将进一步提高。

由于以上原因，原磨床数控系统已无法满足轧钢和磨辊间的要求，为确保热轧产品表面质量和提高劳动生产率，决定对磨床数控系统进行改造。

2磨床数控系统改造的目标
根据轧钢和磨辊间的需求，本次改造的目标是：
①确保磨削后的轧辊辊型偏差小于±10µ，满足轧钢板形控制的要求
通过改造，确保磨削后的轧辊辊型偏差小于±10µ，满足轧钢板性控制的要求，确保热轧板的板形质量和凸度指标的进一步提高，为日后大量双高产品打下基础。

②磨削效率提高 30%以上
通过在程序中加入各类补偿功能，使磨削时间由原来平均每根 45～60 分钟降低到平均每根 25～40 分钟，降低轧辊周转量。

③大幅提高自动控制水平，通过联网和集中监控，提高磨辊间劳动生产率在操作性能方面，实现图形显示，磨削程序采用模块化设计，实现自由编程。

通过联网通讯实现磨床集中控制，提高磨辊间劳动生产率。

④简化磨床控制系统和传动系统结构，降低故障率。

通过采用交流传动系统，提高设备的稳定性，减少维护量和维护成本。

采用工业 PC 替代 CNC，和 PLC 之间采用 Profibus 通讯，PLC 和现场元件之间也是采用 Profibus 通讯，减少电缆量，降低故障率，提高诊断功能。

⑤解决备品备件采购难、费用高问题
通过采用标准的工业 PC 和西门子 PLC 产品，使得备品备件采购得到保障，备品备件费用得到大幅下降。

3磨床数控系统改造内容
3.1CNC、PLC 的改造
针对目前落后的 CNC 系统（8088 和 8086 水平）和 PLC 系统（S5－135U），改造后控制系统全面升级，更新换代，达到目前的先进水平。

新的系统投入后，磨床可实现全自动磨削，操作工可在控制室内操作和监控磨床，轧辊磨削数据可按要求进行存储和打印，实现信息共享。

3.2传动控制系统改造
目前 2050 热轧磨辊间磨床的主轴电机和砂轮电机均为直流电机，其控制系统均为 Siemens 直流模拟控制系统。

由于直流电机价格昂贵，维护困难，随着交流调速技术的日益成熟和完善，交流调速取代直流调速已成为一种必然趋势。

本工程拟将工作辊磨床的直流电机改为交流电机。

工作辊磨床更换下来的直流电机可用作万能磨床电机的备件。

改造后的交流电机，其传动控制系统均作改造，均由全数字化组件构成。

全数字控制系统性能好、可靠性高，可满足高动态品质、高调速精度的要求。

对传动系统的控制可采用灵活多样的软件模块，以满足各种不同控制的要求，并具备调速系统最佳控制性能的自动优化功能。

全数字装置还提供对系统完备的监控保护和故障自诊断功能。

同时拥有多种方便快捷的通讯联网形式，可以与自动化系统联网通讯，进行参数的设定和信息的交换。

传动控制装置与磨床控制系统之间拟采用现场总线方式连接，实现数字控制，以减少控制电缆的数量并提高可靠性。

3.3磨床测量臂的更换
2050 热轧磨床测量臂的更新改造。

由于磨床的测量臂已使用了多年，传感器的精度低，测量支座的旋转接触面磨损严重，其精度已不能满足目前轧辊高精度测量的要求。

由于作为控制的一个重要环节，测量结果将反馈到数控系统中参与运算，且精度要求达到 1µ，所以必须更换磨床的测量臂，提高磨床的测量精度，才能保证改造后磨床磨削精度。

3.4 磨床导轨及移动部件的精度恢复
由于 2050 热轧轧辊磨床经多年使用，其导轨等活动部件均有不同程度的磨损。

从而降低了机床的整体精度。

要对磨床进行改造，必须对磨床的导轨及移动部件的精度进行恢复。

参考文献：
[1] 蔡燕琴.数控系统的发展方向. 机械制造与自动化. 2006.
[2] 吴敏镜. 现代数控机床的特点和发展趋势.新技术新工艺. 1996（3）：19~21.。