2003年，歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司的變頻器產(chǎn)品逐步開(kāi)始為該地區的酸洗處理、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)及與當地合作伙伴的緊密配合、誠信經(jīng)營(yíng)的市場(chǎng)理念，在當地用戶(hù)中贏(yíng)得了良好的口碑。

    隨著(zhù)當地不銹鋼產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，當地一些陳舊的生產(chǎn)設備已經(jīng)不能適應高效的產(chǎn)能需求。各企業(yè)紛紛對各種生產(chǎn)設備進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和更新，提高設備生產(chǎn)效率、減少能耗、降低生產(chǎn)成本。

    在這個(gè)過(guò)程中歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司與其合作伙伴一起為當地企業(yè)提出并實(shí)行了一些電氣控制系統的改進(jìn)方案，使當地的一些陳舊設備又恢復了新的生機。一些老設備的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度得到了大幅度提高，設備的能耗也大大減少。

    2 原狀況分析

    2004年之前，戴南地區用于軋制5.5mm線(xiàn)材的軋機大多采用大功率交流電機直接拖動(dòng)的橫列式二棍軋機、橫列式三棍軋機、復二棍橫列軋機或半連續軋機。橫列式兩棍軋機示意圖如下圖1所示。

圖1 橫列式兩棍軋機示意圖

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

    面對著(zhù)市場(chǎng)的快速膨脹和客戶(hù)對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，各線(xiàn)材加工企業(yè)開(kāi)始想辦法提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。開(kāi)始了對老設備進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和更新。由于目前該地區從事線(xiàn)材加工的企業(yè)大多都是一些民營(yíng)的小企業(yè)，沒(méi)有資金購買(mǎi)幾個(gè)億甚至幾十個(gè)億購買(mǎi)國外先進(jìn)設備。只能將原來(lái)的設備進(jìn)行改造，把原來(lái)的橫列式布局改成縱列式連續軋機或半連續軋機。二棍式連續軋制線(xiàn)的局部如下圖2所示。

圖2 二棍式連續軋制線(xiàn)的局部現場(chǎng)

    這是國內目前采用較多的形式，這種布局形式的自動(dòng)化程度相對與橫列式的排布要高的多，工人的勞動(dòng)強度大副降低、產(chǎn)品軋制的連續性很高。軋制一個(gè)盤(pán)卷只需要十幾秒至二十幾秒。由于軋制過(guò)程中線(xiàn)速度較快，所以線(xiàn)材在軋制過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生一定的溫升。在橫列布局中出現的前后溫差大或軋制過(guò)程中出現冷條、出現廢鋼的現象避免了，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：一種是采用一臺大功率交流電機拖動(dòng)多架軋機（常見(jiàn)的有一臺電機拖動(dòng)二至六架扎機），各架軋機之間依靠嚴格的傳動(dòng)比計算實(shí)現均勻的走鋼張力，避免出現“拉鋼”和“堆剛”現象。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?！袄摗焙汀岸唁摗爆F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、廢鋼率相對較高。另一個(gè)方案是，每一架軋機由一臺直流電機動(dòng)機拖動(dòng)。前后兩架軋機的速度可以由直流電機調速器進(jìn)行調整，避免了“拉鋼”和“堆鋼”的現象。再加上直流電機調速系統擁有良好的力矩特性，所以該方案在很長(cháng)的一段時(shí)間里都是線(xiàn)材軋機驅動(dòng)系統的首選的方案。同時(shí)個(gè)別企業(yè)也考慮到了直流調速，但直流調速系統價(jià)錢(qián)昂貴、直流電機維護費用高等原因困惑。所以2004年開(kāi)始一些企業(yè)試圖嘗試由變頻電機和變頻器組成的交流電機驅動(dòng)系統作為連續式軋機的動(dòng)力源。
  
    在實(shí)施交流電機驅動(dòng)系統的時(shí)候許多客戶(hù)也考慮到了交流電機驅動(dòng)系統用于軋鋼機可能存在一個(gè)問(wèn)題：軋鋼設備在軋鋼過(guò)程中電動(dòng)機會(huì )產(chǎn)生2～3倍的額定電流。交流電機直接拖動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機是可以承受的；直流調速系統由于有良好的轉矩特性也能抑制電機電流的上升；普通通用變頻器的抗過(guò)載能力相對于以上的兩種驅動(dòng)方式要小的多，最大只能承受額定電流的200%的過(guò)流能力，要承受軋鋼機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商和變頻器生產(chǎn)廠(chǎng)家嘗試在軋鋼機上應用，但都因為沒(méi)有充分考慮這個(gè)問(wèn)題而失敗。

    3 改造過(guò)程介紹

    2004年，歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司聯(lián)合其在當地的合作伙伴與國內經(jīng)驗豐富的軋鋼機機械設計工程師進(jìn)行了交流變頻器應用于連續式軋鋼機驅動(dòng)系統的可行性研究。三方在對連續式軋鋼機的機械特性、前后軋機的線(xiàn)速度的關(guān)聯(lián)關(guān)系、軋機所需要的軋制力、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為：在對軋機的傳動(dòng)比進(jìn)行合理的調配和優(yōu)化；改善變頻器的力矩特性，特別是加強軋機咬鋼時(shí)的力矩提升；加強變頻器內部對電流瞬間突升的抑制能力；解決前后軋機“拉鋼”造成的變頻器內部電壓突升問(wèn)題；使驅動(dòng)控制系統實(shí)現對軋機工作過(guò)程的適時(shí)監控和記錄（如記錄每一臺軋機的工作電流、工作電壓、線(xiàn)速度、故障記錄等信息）；使控制系統能對生產(chǎn)工藝進(jìn)行存儲記錄，并方便隨時(shí)調用等問(wèn)題解決后交流變頻器應用于連續式縱列軋鋼機應該是可行的。因此，歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司在詳細的了解了軋鋼機的工作特性、并經(jīng)過(guò)在蘇中不銹鋼產(chǎn)業(yè)基地的軋鋼線(xiàn)上進(jìn)行多次實(shí)驗和控制系統的功能驗證后，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了“高速線(xiàn)材機專(zhuān)用變頻器”和點(diǎn)對點(diǎn)聯(lián)合控制的“縱列式連續線(xiàn)材軋機控制系統”。見(jiàn)圖3。

圖3a） 高速線(xiàn)材機現場(chǎng)
  


圖3b） 高速線(xiàn)材機專(zhuān)用變頻器電柜

    “高速線(xiàn)材機專(zhuān)用變頻器”采用了modbus通訊協(xié)議，可以與上位機控制系統直接通訊。適時(shí)的將軋鋼電機的工作狀態(tài)信息發(fā)送給“縱列式連續線(xiàn)材軋機控制系統”中的上位機。上位機再根據變頻器反饋的數據及dcs采集的張力信號判斷設備的工作狀況（如是否有“拉鋼”或“堆剛”現象）自動(dòng)（或手動(dòng)）調整軋鋼機前后的軋鋼張力和線(xiàn)速度；在抗大電流沖擊方面“高速線(xiàn)材機專(zhuān)用變頻器”一方面加大了過(guò)流容量，另一方面在濾波電路中加強了對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(xiàn)電壓突升方面采用了直流共母線(xiàn)技術(shù)，對變頻器內部的電壓突跳進(jìn)行平抑；為滿(mǎn)足軋機的對高軋制力矩的要求，變頻器的輸出力矩作了優(yōu)化提升。

    “縱列式連續線(xiàn)材軋機控制系統”采用了工控機或商業(yè)pc做為上位機，實(shí)現人機對話(huà)。在系統的操作和調整方面，采用了系統自動(dòng)調整和人工手動(dòng)操作兩個(gè)方案。在系統的組成方面由變頻器直接和上位機通訊上傳電動(dòng)機的工作狀態(tài)信息，接受上位機發(fā)送的指令；由dcs采集軋機的走鋼張力與變頻器傳回的信息共同作為工控機自動(dòng)調整軋機速度的數據依據；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”、“升速”、“降速”指令，經(jīng)隔離和邏輯組合排序后發(fā)往變頻器。該系統可方便的在自動(dòng)控制方式和手動(dòng)控制方式之間轉換，客戶(hù)可根據需要和操作習慣進(jìn)行選擇。

    4 結束語(yǔ)

    從2004年至今，歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司的高速線(xiàn)材機專(zhuān)用變頻器已經(jīng)在蘇中地區成功的改造了五條四到八道軋機的橫列式線(xiàn)材軋制線(xiàn)，同時(shí)也已成功的配套了六條十三道軋機的縱列式連續線(xiàn)材軋制線(xiàn)。前后經(jīng)過(guò)3年的使用和完善，變頻器及其控制系統工作穩定；設備實(shí)現了較高的自動(dòng)化水平；線(xiàn)材軋制速度大副提高，軋制一條盤(pán)卷只需要15秒到23秒的時(shí)間，軋制兩個(gè)盤(pán)卷之間的時(shí)間間隔縮短到3～7s；通過(guò)控制系統的自動(dòng)調整或人工微調基本解決了“一拖多”的控制方式中存在的“拉鋼”和“堆鋼”現象；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(guān)品相更趨完美；相對于“橫列軋機”和“一拖多”的縱列軋機，設備能耗大幅降低；由于設備自動(dòng)化程度的提高，工廠(chǎng)各工段工人的勞動(dòng)強度大幅降低，勞動(dòng)成本下降。

    經(jīng)過(guò)十幾條流水線(xiàn)的實(shí)際驗證，目前歐瑞傳動(dòng)電氣有限公司的“高速線(xiàn)材機專(zhuān)用變頻器”和“縱列式連續軋機控制系統”應用在中小型線(xiàn)材軋機已經(jīng)比較成熟；國產(chǎn)交流變頻器驅動(dòng)系統應用于中小型線(xiàn)材軋機取得了階段性成功。

    參考文獻

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