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    2003年，歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司的變頻器產(chǎn)品逐步開始為該地區(qū)的酸洗處理、冷拉鋼絲、退火處理、鋼絲成繩等工序提供服務(wù)。歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司產(chǎn)品以其優(yōu)良的品質(zhì)、完善的服務(wù)及與當(dāng)?shù)睾献骰锇榈木o密配合、誠信經(jīng)營的市場(chǎng)理念，在當(dāng)?shù)赜脩糁汹A得了良好的口碑。

    隨著當(dāng)?shù)夭讳P鋼產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，當(dāng)?shù)匾恍╆惻f的生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)不能適應(yīng)高效的產(chǎn)能需求。各企業(yè)紛紛對(duì)各種生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和更新，提高設(shè)備生產(chǎn)效率、減少能耗、降低生產(chǎn)成本。

    在這個(gè)過程中歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司與其合作伙伴一起為當(dāng)?shù)仄髽I(yè)提出并實(shí)行了一些電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)方案，使當(dāng)?shù)氐囊恍╆惻f設(shè)備又恢復(fù)了新的生機(jī)。一些老設(shè)備的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度得到了大幅度提高，設(shè)備的能耗也大大減少。

    2 原狀況分析

    2004年之前，戴南地區(qū)用于軋制5.5mm線材的軋機(jī)大多采用大功率交流電機(jī)直接拖動(dòng)的橫列式二棍軋機(jī)、橫列式三棍軋機(jī)、復(fù)二棍橫列軋機(jī)或半連續(xù)軋機(jī)。橫列式兩棍軋機(jī)示意圖如下圖1所示。

圖1 橫列式兩棍軋機(jī)示意圖

    這種橫列式的軋機(jī)存在著：工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、終軋溫度低、頭尾溫差大、產(chǎn)品質(zhì)量差、產(chǎn)品廢品率高、設(shè)備能耗大、只適合小批量生產(chǎn)等明顯缺點(diǎn)。

    面對(duì)著市場(chǎng)的快速膨脹和客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，各線材加工企業(yè)開始想辦法提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。開始了對(duì)老設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和更新。由于目前該地區(qū)從事線材加工的企業(yè)大多都是一些民營的小企業(yè)，沒有資金購買幾個(gè)億甚至幾十個(gè)億購買國外先進(jìn)設(shè)備。只能將原來的設(shè)備進(jìn)行改造，把原來的橫列式布局改成縱列式連續(xù)軋機(jī)或半連續(xù)軋機(jī)。二棍式連續(xù)軋制線的局部如下圖2所示。

圖2 二棍式連續(xù)軋制線的局部現(xiàn)場(chǎng)

    這是國內(nèi)目前采用較多的形式，這種布局形式的自動(dòng)化程度相對(duì)與橫列式的排布要高的多，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大副降低、產(chǎn)品軋制的連續(xù)性很高。軋制一個(gè)盤卷只需要十幾秒至二十幾秒。由于軋制過程中線速度較快，所以線材在軋制過程中會(huì)產(chǎn)生一定的溫升。在橫列布局中出現(xiàn)的前后溫差大或軋制過程中出現(xiàn)冷條、出現(xiàn)廢鋼的現(xiàn)象避免了，產(chǎn)品質(zhì)量獲得很大提高。

    在縱列布局中也有許多方案可以選擇。如：一種是采用一臺(tái)大功率交流電機(jī)拖動(dòng)多架軋機(jī)（常見的有一臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)二至六架扎機(jī)），各架軋機(jī)之間依靠嚴(yán)格的傳動(dòng)比計(jì)算實(shí)現(xiàn)均勻的走鋼張力，避免出現(xiàn)“拉鋼”和“堆剛”現(xiàn)象。但是由于積累誤差及軋輥的不斷磨損等因素的影響，該方案仍不能保持均勻的走鋼張力。“拉鋼”和“堆鋼”現(xiàn)象仍然存在，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。同時(shí)生產(chǎn)效率也較低、廢鋼率相對(duì)較高。另一個(gè)方案是，每一架軋機(jī)由一臺(tái)直流電機(jī)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。前后兩架軋機(jī)的速度可以由直流電機(jī)調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整，避免了“拉鋼”和“堆鋼”的現(xiàn)象。再加上直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)擁有良好的力矩特性，所以該方案在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里都是線材軋機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的首選的方案。同時(shí)個(gè)別企業(yè)也考慮到了直流調(diào)速，但直流調(diào)速系統(tǒng)價(jià)錢昂貴、直流電機(jī)維護(hù)費(fèi)用高等原因困惑。所以2004年開始一些企業(yè)試圖嘗試由變頻電機(jī)和變頻器組成的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為連續(xù)式軋機(jī)的動(dòng)力源。
  
    在實(shí)施交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)候許多客戶也考慮到了交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用于軋鋼機(jī)可能存在一個(gè)問題：軋鋼設(shè)備在軋鋼過程中電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生2～3倍的額定電流。交流電機(jī)直接拖動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)是可以承受的；直流調(diào)速系統(tǒng)由于有良好的轉(zhuǎn)矩特性也能抑制電機(jī)電流的上升；普通通用變頻器的抗過載能力相對(duì)于以上的兩種驅(qū)動(dòng)方式要小的多，最大只能承受額定電流的200%的過流能力，要承受軋鋼機(jī)如此大的沖擊電流似乎難以勝任。實(shí)際上已有一些外品牌變頻器供應(yīng)商和變頻器生產(chǎn)廠家嘗試在軋鋼機(jī)上應(yīng)用，但都因?yàn)闆]有充分考慮這個(gè)問題而失敗。

    3 改造過程介紹

    2004年，歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司聯(lián)合其在當(dāng)?shù)氐暮献骰锇榕c國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)豐富的軋鋼機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行了交流變頻器應(yīng)用于連續(xù)式軋鋼機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可行性研究。三方在對(duì)連續(xù)式軋鋼機(jī)的機(jī)械特性、前后軋機(jī)的線速度的關(guān)聯(lián)關(guān)系、軋機(jī)所需要的軋制力、軋鋼工藝的改進(jìn)和變頻器的工作特性等方面進(jìn)深入的探討和研究后認(rèn)為：在對(duì)軋機(jī)的傳動(dòng)比進(jìn)行合理的調(diào)配和優(yōu)化；改善變頻器的力矩特性，特別是加強(qiáng)軋機(jī)咬鋼時(shí)的力矩提升；加強(qiáng)變頻器內(nèi)部對(duì)電流瞬間突升的抑制能力；解決前后軋機(jī)“拉鋼”造成的變頻器內(nèi)部電壓突升問題；使驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)軋機(jī)工作過程的適時(shí)監(jiān)控和記錄（如記錄每一臺(tái)軋機(jī)的工作電流、工作電壓、線速度、故障記錄等信息）；使控制系統(tǒng)能對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，并方便隨時(shí)調(diào)用等問題解決后交流變頻器應(yīng)用于連續(xù)式縱列軋鋼機(jī)應(yīng)該是可行的。因此，歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司在詳細(xì)的了解了軋鋼機(jī)的工作特性、并經(jīng)過在蘇中不銹鋼產(chǎn)業(yè)基地的軋鋼線上進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)和控制系統(tǒng)的功能驗(yàn)證后，專門開發(fā)了“高速線材機(jī)專用變頻器”和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)合控制的“縱列式連續(xù)線材軋機(jī)控制系統(tǒng)”。見圖3。

圖3a） 高速線材機(jī)現(xiàn)場(chǎng)
  


圖3b） 高速線材機(jī)專用變頻器電柜

    “高速線材機(jī)專用變頻器”采用了modbus通訊協(xié)議，可以與上位機(jī)控制系統(tǒng)直接通訊。適時(shí)的將軋鋼電機(jī)的工作狀態(tài)信息發(fā)送給“縱列式連續(xù)線材軋機(jī)控制系統(tǒng)”中的上位機(jī)。上位機(jī)再根據(jù)變頻器反饋的數(shù)據(jù)及dcs采集的張力信號(hào)判斷設(shè)備的工作狀況（如是否有“拉鋼”或“堆剛”現(xiàn)象）自動(dòng)（或手動(dòng)）調(diào)整軋鋼機(jī)前后的軋鋼張力和線速度；在抗大電流沖擊方面“高速線材機(jī)專用變頻器”一方面加大了過流容量，另一方面在濾波電路中加強(qiáng)了對(duì)脈沖尖峰的削峰幅值降低尖峰電流影響；在克服“拉鋼”造成的直流母線電壓突升方面采用了直流共母線技術(shù)，對(duì)變頻器內(nèi)部的電壓突跳進(jìn)行平抑；為滿足軋機(jī)的對(duì)高軋制力矩的要求，變頻器的輸出力矩作了優(yōu)化提升。

    “縱列式連續(xù)線材軋機(jī)控制系統(tǒng)”采用了工控機(jī)或商業(yè)pc做為上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。在系統(tǒng)的操作和調(diào)整方面，采用了系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整和人工手動(dòng)操作兩個(gè)方案。在系統(tǒng)的組成方面由變頻器直接和上位機(jī)通訊上傳電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)信息，接受上位機(jī)發(fā)送的指令；由dcs采集軋機(jī)的走鋼張力與變頻器傳回的信息共同作為工控機(jī)自動(dòng)調(diào)整軋機(jī)速度的數(shù)據(jù)依據(jù)；手動(dòng)控制部分由plc接受外圍手動(dòng)按鈕發(fā)出的“啟動(dòng)”、“停機(jī)”、“升速”、“降速”指令，經(jīng)隔離和邏輯組合排序后發(fā)往變頻器。該系統(tǒng)可方便的在自動(dòng)控制方式和手動(dòng)控制方式之間轉(zhuǎn)換，客戶可根據(jù)需要和操作習(xí)慣進(jìn)行選擇。

    4 結(jié)束語

    從2004年至今，歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司的高速線材機(jī)專用變頻器已經(jīng)在蘇中地區(qū)成功的改造了五條四到八道軋機(jī)的橫列式線材軋制線，同時(shí)也已成功的配套了六條十三道軋機(jī)的縱列式連續(xù)線材軋制線。前后經(jīng)過3年的使用和完善，變頻器及其控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定；設(shè)備實(shí)現(xiàn)了較高的自動(dòng)化水平；線材軋制速度大副提高，軋制一條盤卷只需要15秒到23秒的時(shí)間，軋制兩個(gè)盤卷之間的時(shí)間間隔縮短到3～7s；通過控制系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整或人工微調(diào)基本解決了“一拖多”的控制方式中存在的“拉鋼”和“堆鋼”現(xiàn)象；產(chǎn)品的成品率大大提高，產(chǎn)品質(zhì)量有了很大提升、產(chǎn)品的微觀品相更趨完美；相對(duì)于“橫列軋機(jī)”和“一拖多”的縱列軋機(jī)，設(shè)備能耗大幅降低；由于設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，工廠各工段工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，勞動(dòng)成本下降。

    經(jīng)過十幾條流水線的實(shí)際驗(yàn)證，目前歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司的“高速線材機(jī)專用變頻器”和“縱列式連續(xù)軋機(jī)控制系統(tǒng)”應(yīng)用在中小型線材軋機(jī)已經(jīng)比較成熟；國產(chǎn)交流變頻器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于中小型線材軋機(jī)取得了階段性成功。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 王廷溥. 軋鋼工藝學(xué). 北京:冶金工業(yè)出版社,1981

    [2] 趙述曾. 線材軋制. www.baicle.com百科在線,2007

    [3] 黃華清. 軋鋼機(jī)械. 北京:冶金工業(yè)出版社,1980