冷轧热镀锌气刀距离控制系统优化和改进

冷轧热镀锌气刀距离控制系统优化和改进

王馨

(武汉钢铁有限公司, 湖北 武汉 430083)

摘要:阐述了热镀锌机组气刀系统工作原理，气刀刀唇与带钢之间的距离直接关系到产品质量和锌层消耗，合适稳定的气刀距离不仅能够满足高端产品的需求更能有效控制成本。气刀距离的控制是通过步进电机及其控制器来实现，原设计的步进电机及控制器已停产。本文主要通过对冷轧某热镀锌线停产的气刀控制系统进行自主升级优化和改进，改进后的控制系统满足工艺要求。

关键词:步进电机;气刀;控制器;距离

1、引言

气刀是热镀锌线上非常关键的单体设备，气刀就是用来吹扫从炉内出来经过锌锅的带钢表面附着的锌液，以获得用户所需要的镀锌板的镀层厚度和良好（均匀、光滑）的镀层质量。武钢2180和1550单元所使用的气刀是由德国方登（FOEN）公司提供的设备。

2、气刀系统组成及电控部分的实现

该气刀主要有气刀刀唇距离带钢的水平距离，气刀的角度，气刀的水平高度，气刀刀架的偏斜、气刀的中心线跟踪调节等功能。整个气刀包括沉没辊、稳定辊、校正辊等机械控制系统；S7400、HMI等电气控制系统；空气、氮气吹扫介质系统三大部分组成。

气刀电气控制系统由一个S7－400PLC做为主站，通过Profibus连接从站，作为机组的单体设备与机组主线PLC系统通过以太网通讯交换信号，同时和主线的急停信号通过点对点连接，和锌层测厚仪通过以太网连接，以实现气刀系统的自动控制，HMI运行环境为WINDOWS XP系统,画面使用VISA软件，现场的就地操作面板使用Siemens 操作面板实现。

3、距离控制系统存在的异常

气刀水平距离调节它对准确控制锌层厚度至关重要，它的位置调节是通过锌层侧厚系统闭环调节，当然操作人员也可以通过HMI手动调节。上下气刀各有一个步进电机（在刀梁上）来调节，该步进电机力矩大、定位精确、分辨率为0.01mm/步，在气刀闭合时，刀唇距离带钢的水平距离通过编码器来反馈。操作人员可以通过HMI来手动调节，也可以通过锌层闭环自动调节，当选择自动时，可以通过气刀参数编辑器下装调节参数，上下气刀的距离可以不同。刀唇的距离调节范围是8mm--50mm。距离编码器每个检修周期都需要对其进行离线标定以确保其准确性。

气刀距离控制器品牌为德国施耐德Bergerlahr 型号：WD5-008; 步进电机品牌为施耐德Bergerlahr型号：VRDM 5931/50 LWC。气刀伺服电机处于锌锅上方，长期处于高温环境，控制精度已下降，易抖动造成机组质量问题，且气刀距离控制器和距离调节电机均已停产，已无法采购，没有直上机使用的替代品。自主对水平距离调节系统进行升级优化改进。

4、气刀距离控制系统优化改进实现

4.1 系统框架及组态实现

图1 组态步进电机控制器

原步进电机控制由气刀控制系统通过远程ET站的数字量输出来实现快速、慢速正反转，从而达到定位的要求；通过数字量的输入来实现步进电机控制的状态显示。重新选型后的步进电机控制器采用ProFibus通信的形式作为两个（上下气刀各一台）从站挂在气刀网络系统中，如图1所示，对其进行GSD文件的导入和组态。

4.2 控制程序及步进电机控制器参数实现

图2 程序修改

如图2所示，在控制系统中增加相应的数据块和参数，通过组态中定义的变量地址实现PLC与控制器的数据交换，同步删除原系统中的数字量输入输出信号。利用控制器专用的调试软件（Lexium CT-EN）对控制器参数设定，图3。

图3 步进电机控制器参数

5、优化改进后的效果

图4 改进前的记录数据图5 改进后的记录数据

调用22年12月6日的距离的历史数据发现气刀距离（上气刀为例）由8.19mm到设定值8mm时，到达目标值后步进电机会在8mm附件来回震荡；距离控制系统改进后，调用23年5月6日的距离的历史数据发现气刀距离（上气刀为例）由8.22mm到设定值8mm时，能够迅速的停留在目标值8mm处，没有再出现来回震荡的现象。

6、结束语

通过自主对气刀距离控制系统升级后，有效避免了由于距离定位精度不够造成的产品质量降级和锌层的异常消耗。该替换方案可以在其它同类FOEN气刀上移植,深入研究气刀控制系统对我们一线岗位术人员而言具有十分重要的意义。

参考文献:

[1] 李九龄.带钢连续热镀锌[M].北京:冶金工业出版社,1995.

[2] 王馨.冷轧处理线双切剪剪切长度问题研究和改进[M].北京:中国科技信息,2022.

[3] 程晓博 任学勤 周涛.基于自动化技术的矿山设备现代化改造 河北冶金 2020年07期