棒材生产线液压升降裙板的电气改造

棒材生产线液压升降裙板的电气改造

郭云程

新疆天山钢铁巴州有限公司

摘   要：

轧钢厂棒材生产线液压裙板共有 14 个液压阀台，电气控制柜内包括 14 个上升继电器和 14 个下降继电器。在使用一段时间后，经常出现继电器辅点处钢坯有毛刺、粘连现象，造成裙板升降不到位，进而堆钢。对此，进行了电气控制改造、线路改造和程序优化，实现了裙板的安全稳定工作，大幅减少了故障停机时间，提高了轧钢生产的作业效率。

关键词：棒材生产线：   升降：  裙板：   电气改造

1.引言

我厂棒材生产线裙板采用电气控制、液压驱动，与电机驱动相比具有控制简单、动作平稳等优点。裙板全长168 m，机械部分有14个区段，每个区段由 1个液压缸驱动裙板升降动作，每个液压缸独立配置阀台。电气部分由西门子S7 －300PLC 控制，当程序给出上升命令时14个上升继电器得电，输出直流电压 24 V 给上升阀头线圈，裙板上升。当程序给出下降命令时 14个下降继电器得电，输出直流电压 24 V 给下降阀头线圈，裙板下降。在裙板的控制中，累计用到28个继电器( 图 1)。 轧钢时，裙板处于接钢位置，即高位。经过设定延时倍尺尾部滑过冷床头部，裙板下降到低位，当前一根倍尺从裙板辊道滑落至下层裙板，通过摩擦使倍尺停止滑行。在低位停留很短的设定时间，裙板上升到中位。此时当前倍尺被抛落到冷床矫直板，同时下一根倍尺被辊道输送到裙板辊道中。如此裙板往复循环，进行接钢抛钢操作。

2.裙板的故障分析

1. 裙板上升、下降继电器的吸合工作频率非常高。每根钢坯经过轧制要产出 7 ～ 8 根倍尺，根倍尺接钢抛钢操作中，裙板上升继电器得电 2 次，下降继电器得电 1 次。由此可以计算出，每根钢坯轧制过程中上升继电器得电 16 次，下降继电器得电8 次。以目前棒材的生产节奏和有效作业计算，平均每天轧制钢坯约1500根，裙板上升继电器要吸合约 24 000 次，下降继电器吸合约 12 000次，因此容易造成继电器辅助点处出现毛刺和粘连现象。

2. 经测量，阀台线圈电阻为 17 Ω ，得电状态下电流为 1．4 A。查阅相关资料显示，继电器在接通直流 24 V 时，辅点承受电流为 1．5 A; 继电器在接通交流 220 V 时，辅点承受电流为 5 A。原设计方案继电器辅点流过的电流和本身能承受的电流相当，这就是造成继电器辅点频繁触点处出现毛刺和粘连的主要原因。

3. 继电器数量繁多，查找起来非常困难，出现故障时，经常要逐个拔下来查看，费时费力，给电气维护带来了很大困难。简单方法就是全部继电器一

起换掉，这样做浪费大量备件。

4. 裙板控制线路太长，造成控制电压到达阀台处有较大压降。经实际测量，远端阀台线圈电压只能达到 17 V 左右，这也可能造成裙板阀台动作不

到位。裙板误动作会造成冷床堆钢，全部挤到冷床尾部蜗牛槽中，处理起来非常困难。3.控制改造

经过查阅相关资料，继电器的有效电气寿命大约在 30 万次; 而每天正常使用时继电器要动作近 2万次，频繁更换继电器既不可行又浪费备件。由此可见，在轧钢快节奏生产过程中，使用继电器进行电气控制不能有效保障裙板正常运行。经过方案讨论、研究图纸和改进原设计，认为采用接触器进行裙板电气控制是一种可行的技术方案。接触器的有效电气寿命约为600万次，可以满足轧钢生产线快节奏工作的需要。  

在电气控制上，本着用接触器代替继电器的主要思路，对原设计做了部分改进。改进方案使用了交流接触器，接触器线圈电压为交流 220 V， 由四个接触器控制所有阀台的升降。这样 14 个阀台就能够进行全部控制。原设计输出 28 个点，故障时不好查找; 改进方案原设计基础上保留 2 个上升和 2 个下降继电器，其余全部摘除。PLC 数字量输出模板驱动 2 个上升和 2 个下降继电器线圈，继电器辅助点接通交流220 V 电源。交流 220 V 电源接入交流接触器线圈，输出至阀台线圈的直流 24 V 接到交流接触器主触点和辅助触点。当程序输出时继电器得电，从而使交流接触器线圈得电、触点闭合，阀台线圈得电、裙板动作。

继电器的主要缺陷是辅助点不耐用，能承受的电流很小。改造方案中，使用了 40 A 的交流接触器，继电器辅点接通交流 220 V 电源后，经测量辅点电流为 3． 5 A，小于继电器辅点能够承受的 5 A 额定电流。现在继电器的使用寿命周期有明显提升，而且 14 个阀台线圈同时得电时，电流大约为 20 A，接触器额定电流为 40 A，远远大于流经触点电流，接触器使用状况十分好，有效作业时间大幅提升。

改造后，由原来 28 个继电器减少到 4 个。裙板故障时，与原设计方案相比查找继电器故障要轻松很多，节省故障排除时间，继电器使用量大幅减少。相应 PLC 输出模板到继电器的线路，继电器到接触器的线路进行了大量简化，也降低了故障排除难度。由于接触器吸合状态比较直观，辅点容易测量电压值，故使用起来也非常方便。

为了更进一步加强对现场阀台线圈的电气保护，将原设计方案中输出普通端子改为保险端子，保险端子中安装有 5 A 的保险管。当现场有较大的冲击电流、阀台线圈短路、通往线圈电源线路出现接地等情况时，就会使相应的保险管熔断，这样就可以明确故障点和故障排除方向，方便故障处理( 图 2) 。

4.线路线改

在裙板使用过程中，经点检发现，裙板动作时每个阀头的指示发光二极管的亮度有所区别。距离电控柜较近的部分阀头发光二极管颜色亮一些，距离电控柜较远的部分阀头发光二极管颜色要暗得多，这就必须考虑线路的压降问题。

由于棒材的裙板长度较长，14 个阀台并列排布。裙板的电气控制柜位于冷床入口处，从裙板电控柜到最远处阀台线路长度为 140 m 左右。按设计标准，每个阀台线圈额定电压为直流 24 V。测量每个阀台线圈直流电压发现，14#阀台线圈电压大约在 17． 2 V，13#阀台线圈电压在 17．6 V，，12#阀台线圈电压在 17． 9 V，8# ～ 11#阀台线圈电压在 18． 5 V波动，距离电控柜较近的阀台压降较小( 电压降为22 ～ 23 V) 。   

针对以上情况，做了如下改进:

1. 对电控柜内 24 V 变压器进行输出电压调整，将输出电压由原来的 23． 8 V 调整到 25． 8 V。

2. 根据电压压降公式 ΔU = ( P × L) /( A × S)( P 为线路负荷、L 为线路长度、A 为导体材质系数、S 为电缆截面) ，如果要减少电压压降，或是缩短线路长度，或是增大导线面积。由于液压阀台位置固定，所以只能采用第二种方法，即增大导线面积。原设计线圈导线为 1.5平方4 芯非屏蔽电缆，现采

用 4平方4 芯双绞双屏蔽电缆重新敷设。

3. 针对棒材现场全交流变频电磁干扰大的缺点，新电缆全部穿管敷设，管壁与接地扁钢焊接，电缆外屏蔽层双端接地，内屏蔽层单端接地。通过以上改进，经测量，最远端 14#阀台线圈电压提升到 20． 3 V，13#阀台线圈电压提升到 20．9 V，每个阀台线圈电压均有一定的提升; 能够满足驱动阀台动作的需要，满足裙板工作要求。

5.程序优化

程序设计方面，首先将原设计方案的 28 个输出点进行优化，保留必需的 4 个输出点，其余点全部强制中断，在程序中简单地串联一个常零断点，留待备用或者用于其他地方。

原设计裙板位置检测有 3 个接近开关，分别检测裙板高、中、低位。经过仔细阅读程序说明，裙板中位检测开关不参与实际控制，中位停留主要依靠延时控制。针对此情况，我们在程序中增加了中位检测控制，当中位接近开关检测到位并且经过设定延时后，才认为裙板中位到位。

6.总结

通过一系列的电气改造，裙板实现了安全稳定工作，故障停机时间大幅度减少，提高了轧钢生产的作业效率。以上改造均在棒材成功实施，并且正在有效使用中。这种改造在液压裙板电气控制中有一定的普及性，对同类设备的生产应用及改进可提供借鉴。

参考文献

1  刘勇敢，轧钢棒材冷床及裙板优化方案及应用，电气自动化2014年

2  《河北冶金》， 作者杜涛  河北宣钢集团出版社出版

3  《电工电气》， 江苏机械工业联合会，中国电气出版社出版

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