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[摘 要] 安钢炉卷轧钢生产线拥有当今世界上先进的卷曲轧制技术。卷曲炉是这条自动化生产线具有标志性的重要生产设备。针对卷曲炉电控系统在使用过程中暴露出的一系列问题，进行了传动设备和检测元件的改造，改造完成后，卷曲炉电控系统的综合性能指标达国内领先水平，满足了工艺要求，带来了可观的经济效益。
[关键词] 卷曲炉 传动 位移传感器
前言
安钢150吨转炉—炉卷轧机是我国仅有的两条现代化卷曲轧制生产线中的一条。这条现代化的生产线设计能力为年产板材110万吨，产品规格是4.5－50mm厚，卷曲炉是这条自动化生产线具有标志性的重要设备。因为有卷取炉的存在，钢板在25㎝以下可以实现卷轧。因此，这条单台往复式轧机生产线可以保温轧制多种超长的薄规格品种钢，生产效率是平轧的1.5倍。但在使用过程中，卷曲炉暴露出一些电气问题，如传动过载、无法实现紧急爬行、轧制信号丢失、穿带失败等，严重影响轧钢生产的顺利进行。
1.卷曲炉电气控制系统简介
卷曲炉电气自动控制系统包括卷取卷筒主传动控制、夹送辊传动、夹送辊辊缝的控制、穿带辊道位置的控制、卷曲张力控制、点火控制系统等。电气设备主要包括卷曲炉卷筒主电机、上下夹送辊电机、导向辊电机、穿带门和裙板的位置检测设备、炉底伸缩辊道、电控点火系统和热金属检测仪等检测设备。卷取炉传动装置选用TMdriver70系列，整流、逆变功率元件采用IEGT，逆变器三电平PWM输出，逆变器通过DC2450V母线与公用整流器直接连接，输出交流电压类型为2150V。夹送辊电机装置选用TMdriver10系列，整流、逆变功率元件均采用IGBT，逆变器二电平PWM输出，逆变器通过DC990V母线与公用整流器直接连接；输出电压类型为690V；夹送辊电机采用带速度传感器的矢量控制。PLC控制系统采用东芝V-3000系列。
2.卷曲炉存在的问题
2.1传动系统：轧机区传动卷曲炉卷筒两台2250KW异步电机。随着生产的进行，暴露出主传动参数设计的缺陷，时常出现整流柜过流跳闸，卷轧过程停止；传动装置采用集中整流，直流母线电压达到2450V。然而传动整流单元设计的预充电电路存在不足，在高压开关侧主电路合闸时不能实现自动预充电，会造成整流单元冲击过电流，损坏传动整流装置功率元件IEGT；卷筒不能实现紧急爬行。正常情况下卷筒在主电机拖动下爬行或工作，设备故障的情况下卷筒因紧急爬行功能未发挥作用而停转，在高温板坯烘烤下，价值超百万元的卷筒因局部过热容易变形损坏而报废；夹送辊电机在原设计的工况下，需要跟随轧机和卷曲炉进行频繁的转向切换。频繁的启停容易导致电机线圈发热、绝缘受损。四台夹送辊电机在两个月内总共有三台电机烧毁，损失巨大。
2.2现场检测元件：正常的卷曲炉穿带门和裙板所处位置的信号是平轧和卷轧时正常过钢的必要条件。这些位置信号用接近开关检测。轧钢时受振动、高温及穿带门和裙板无序运动的影响，传感器和感应片的设置距离不稳定，穿带门和裙板位置信号经常丢失，从而导致平轧、卷轧中断；卷曲炉夹送辊辊缝位置和位移传感器输出是非线形关系，标定后读数最大误差达20㎜左右，影响卷轧时穿钢和张力的建立。而且夹送辊辊缝的位置控制传感器安装在后尾无空间的液压缸内，更换时需要拆缸停产10个小时左右，严重影响生产。
2.3 PLC程序：生产中多次发生卷取穿带失败后，轧机继续往卷取炉送钢，最终造成堆钢，一旦堆钢不但容易撞毁设备而且需要很长的处理恢复时间，对生产的影响很大。
3.卷曲炉问题的分析及处理
3.1卷取传动过电流跳闸问题出现后，经过对ODG 多次采集的数据进行比对分析，通过修改卷取炉整流参数电流环: ACR_W1=55Rad/s ACR_P= 1650D；改变整流固定脉冲增益: CNVPH_DMG_G= 9%处理，并经多次调整，整流柜过流跳闸的问题得以解决。
为解决在高压开关侧主电路合闸时不能实现自动预充电问题，我们经过分析讨论，尝试改造高压柜合闸控制回路，实现在高压盘柜或传动柜操作合闸时，主传动先实现启动预充电回路，给整流柜直流母线和电容自动预充电，通过传动系统自动检测判断，在具备送电的条件后，切断高压侧预充电回路，再合高压开关。经过观察和数据分析，证明先预充电后合闸的方案可有效避免冲击过电流对整流单元的损坏。
针对爬行电机在传动设备发生事故情况下未实现紧急爬行的情况，我们改造了主传动和紧急爬行电机的控制回路，在传动的内部编程和定义零速和远行状态信号，通过TB板端子输出接点信号送到紧急爬行的控制回路，作为启动条件，同时在在爬行电机启动后，取信号到传动作为运行信号，在传动的内部编程和定义紧急爬行运行的状态信号为传动运行信号作为连锁，同时爬行开始打开卷筒抱闸，实现了在卷曲炉主传动、紧急爬行电机、卷曲炉抱闸之间的顺控和连锁。保障卷筒不因局部受热变形而损坏，节约了备件费用和维修时间。
为解决轧机和卷曲炉进行频繁的启动和旋转方向切换容易导致夹送辊电机线圈发热绝缘受损的问题，我们在每套夹送辊传动柜和300KW电机之间，加装了4台与电机容量匹配的电抗器，稳定了电机启停时的电压和电流的冲击，实现了4台夹送辊电机的稳定运行。
3.2 卷曲炉穿带门和裙板是通过液压缸带动的，根据液压杆运动方向和缸体在同一直线上的特点，把位置检测元件由接近开关改为外置位移传感器，改编PLC程序，把液压缸的位移量作为被测的位置信号，同时做好液压缸外置位移传感器的防护，解决了震动和高温烘烤导致机械产生位移而造成位置检测信号不稳定问题，保证了平轧和卷轧时位置信号的可靠性。
为解决夹送辊缝的标定和位移传感器的更换难题，将调节夹送辊辊缝的液压缸由在夹送辊下部位置安装改为在夹送辊上部位置安装，有效地节约了位移传感器的更换时间（由原来10小时缩短为30分钟）。同时在入口和出口卷曲炉夹送辊传动侧升降液压缸内安装与操作侧相同的位移传感器，接两根4×2×0.75的双屏蔽电缆到PLC室，连接到PLC扩展机架新增的两块TP312模板上，扩展PLC程序，增加位移传感器选择的使能程序，同时分别增加两模拟信号选择程序，一旦在用位移传感器故障，另一个可很快投用。根据现场实际辊缝和位移传感器的输出的对应关系，在程序中增加一个表格，根据位移传感器的输出，可方便的用查表的方式输出辊缝的值。表格数值如表1。
3.3 卷取轧制时,程序认为钢板头部位置进入槽口一定距离后开始卷取, 当钢板头部位置大于该距离就产生卷取炉糟口有钢信号。通过ODG多次分析穿带失败的原因，发现由于钢板头部跟踪信号的误差，导致卷筒提前转动，无法抓住板头。所以就更改产生此信号条件的位置参数, 由原来的-13.5米改为-14米(轧机以西的轧线上游为负方向), 使钢板头部位置比改造前多向机前卷取炉方向走0.5米开始卷取，有效地解决了卷取堆钢的问题。
4.改造实施后的效果
卷曲炉电气控制系统改造研制完成后，综合技术指标达国内领先水平，解决了炉卷轧机卷曲轧制生产过程中出现的一系列设备和技术问题，减少了轧制过程中断和穿带失败的发生,保障了周围的机械和电气设备不受损坏。由于设备事故率降低，降低了备品备件的消耗，设备的作业时间增加了，钢材的成品质量和成材率也显著提高，对炉卷轧机的高效运行起到了极为重要的作用。带来了可观的经济效益。
参考文献：
[1]GE，卷曲轧制技术说明书.
[关键词] 卷曲炉 传动 位移传感器
前言
安钢150吨转炉—炉卷轧机是我国仅有的两条现代化卷曲轧制生产线中的一条。这条现代化的生产线设计能力为年产板材110万吨，产品规格是4.5－50mm厚，卷曲炉是这条自动化生产线具有标志性的重要设备。因为有卷取炉的存在，钢板在25㎝以下可以实现卷轧。因此，这条单台往复式轧机生产线可以保温轧制多种超长的薄规格品种钢，生产效率是平轧的1.5倍。但在使用过程中，卷曲炉暴露出一些电气问题，如传动过载、无法实现紧急爬行、轧制信号丢失、穿带失败等，严重影响轧钢生产的顺利进行。
1.卷曲炉电气控制系统简介
卷曲炉电气自动控制系统包括卷取卷筒主传动控制、夹送辊传动、夹送辊辊缝的控制、穿带辊道位置的控制、卷曲张力控制、点火控制系统等。电气设备主要包括卷曲炉卷筒主电机、上下夹送辊电机、导向辊电机、穿带门和裙板的位置检测设备、炉底伸缩辊道、电控点火系统和热金属检测仪等检测设备。卷取炉传动装置选用TMdriver70系列，整流、逆变功率元件采用IEGT，逆变器三电平PWM输出，逆变器通过DC2450V母线与公用整流器直接连接，输出交流电压类型为2150V。夹送辊电机装置选用TMdriver10系列，整流、逆变功率元件均采用IGBT，逆变器二电平PWM输出，逆变器通过DC990V母线与公用整流器直接连接；输出电压类型为690V；夹送辊电机采用带速度传感器的矢量控制。PLC控制系统采用东芝V-3000系列。
2.卷曲炉存在的问题
2.1传动系统：轧机区传动卷曲炉卷筒两台2250KW异步电机。随着生产的进行，暴露出主传动参数设计的缺陷，时常出现整流柜过流跳闸，卷轧过程停止；传动装置采用集中整流，直流母线电压达到2450V。然而传动整流单元设计的预充电电路存在不足，在高压开关侧主电路合闸时不能实现自动预充电，会造成整流单元冲击过电流，损坏传动整流装置功率元件IEGT；卷筒不能实现紧急爬行。正常情况下卷筒在主电机拖动下爬行或工作，设备故障的情况下卷筒因紧急爬行功能未发挥作用而停转，在高温板坯烘烤下，价值超百万元的卷筒因局部过热容易变形损坏而报废；夹送辊电机在原设计的工况下，需要跟随轧机和卷曲炉进行频繁的转向切换。频繁的启停容易导致电机线圈发热、绝缘受损。四台夹送辊电机在两个月内总共有三台电机烧毁，损失巨大。
2.2现场检测元件：正常的卷曲炉穿带门和裙板所处位置的信号是平轧和卷轧时正常过钢的必要条件。这些位置信号用接近开关检测。轧钢时受振动、高温及穿带门和裙板无序运动的影响，传感器和感应片的设置距离不稳定，穿带门和裙板位置信号经常丢失，从而导致平轧、卷轧中断；卷曲炉夹送辊辊缝位置和位移传感器输出是非线形关系，标定后读数最大误差达20㎜左右，影响卷轧时穿钢和张力的建立。而且夹送辊辊缝的位置控制传感器安装在后尾无空间的液压缸内，更换时需要拆缸停产10个小时左右，严重影响生产。
2.3 PLC程序：生产中多次发生卷取穿带失败后，轧机继续往卷取炉送钢，最终造成堆钢，一旦堆钢不但容易撞毁设备而且需要很长的处理恢复时间，对生产的影响很大。
3.卷曲炉问题的分析及处理
3.1卷取传动过电流跳闸问题出现后，经过对ODG 多次采集的数据进行比对分析，通过修改卷取炉整流参数电流环: ACR_W1=55Rad/s ACR_P= 1650D；改变整流固定脉冲增益: CNVPH_DMG_G= 9%处理，并经多次调整，整流柜过流跳闸的问题得以解决。
为解决在高压开关侧主电路合闸时不能实现自动预充电问题，我们经过分析讨论，尝试改造高压柜合闸控制回路，实现在高压盘柜或传动柜操作合闸时，主传动先实现启动预充电回路，给整流柜直流母线和电容自动预充电，通过传动系统自动检测判断，在具备送电的条件后，切断高压侧预充电回路，再合高压开关。经过观察和数据分析，证明先预充电后合闸的方案可有效避免冲击过电流对整流单元的损坏。
针对爬行电机在传动设备发生事故情况下未实现紧急爬行的情况，我们改造了主传动和紧急爬行电机的控制回路，在传动的内部编程和定义零速和远行状态信号，通过TB板端子输出接点信号送到紧急爬行的控制回路，作为启动条件，同时在在爬行电机启动后，取信号到传动作为运行信号，在传动的内部编程和定义紧急爬行运行的状态信号为传动运行信号作为连锁，同时爬行开始打开卷筒抱闸，实现了在卷曲炉主传动、紧急爬行电机、卷曲炉抱闸之间的顺控和连锁。保障卷筒不因局部受热变形而损坏，节约了备件费用和维修时间。
为解决轧机和卷曲炉进行频繁的启动和旋转方向切换容易导致夹送辊电机线圈发热绝缘受损的问题，我们在每套夹送辊传动柜和300KW电机之间，加装了4台与电机容量匹配的电抗器，稳定了电机启停时的电压和电流的冲击，实现了4台夹送辊电机的稳定运行。
3.2 卷曲炉穿带门和裙板是通过液压缸带动的，根据液压杆运动方向和缸体在同一直线上的特点，把位置检测元件由接近开关改为外置位移传感器，改编PLC程序，把液压缸的位移量作为被测的位置信号，同时做好液压缸外置位移传感器的防护，解决了震动和高温烘烤导致机械产生位移而造成位置检测信号不稳定问题，保证了平轧和卷轧时位置信号的可靠性。
为解决夹送辊缝的标定和位移传感器的更换难题，将调节夹送辊辊缝的液压缸由在夹送辊下部位置安装改为在夹送辊上部位置安装，有效地节约了位移传感器的更换时间（由原来10小时缩短为30分钟）。同时在入口和出口卷曲炉夹送辊传动侧升降液压缸内安装与操作侧相同的位移传感器，接两根4×2×0.75的双屏蔽电缆到PLC室，连接到PLC扩展机架新增的两块TP312模板上，扩展PLC程序，增加位移传感器选择的使能程序，同时分别增加两模拟信号选择程序，一旦在用位移传感器故障，另一个可很快投用。根据现场实际辊缝和位移传感器的输出的对应关系，在程序中增加一个表格，根据位移传感器的输出，可方便的用查表的方式输出辊缝的值。表格数值如表1。
3.3 卷取轧制时,程序认为钢板头部位置进入槽口一定距离后开始卷取, 当钢板头部位置大于该距离就产生卷取炉糟口有钢信号。通过ODG多次分析穿带失败的原因，发现由于钢板头部跟踪信号的误差，导致卷筒提前转动，无法抓住板头。所以就更改产生此信号条件的位置参数, 由原来的-13.5米改为-14米(轧机以西的轧线上游为负方向), 使钢板头部位置比改造前多向机前卷取炉方向走0.5米开始卷取，有效地解决了卷取堆钢的问题。
4.改造实施后的效果
卷曲炉电气控制系统改造研制完成后，综合技术指标达国内领先水平，解决了炉卷轧机卷曲轧制生产过程中出现的一系列设备和技术问题，减少了轧制过程中断和穿带失败的发生,保障了周围的机械和电气设备不受损坏。由于设备事故率降低，降低了备品备件的消耗，设备的作业时间增加了，钢材的成品质量和成材率也显著提高，对炉卷轧机的高效运行起到了极为重要的作用。带来了可观的经济效益。
参考文献：
[1]GE，卷曲轧制技术说明书.