文章编号:1005-2763(2003)02-0030-03
高压水除鳞控制系统的结构与功能Ξ成鹏飞1,阳卫国2(1.长沙矿山研究院,湖南长沙 410012;2.衡阳钢管(集团)有限公司,湖南 衡阳市 421001)摘 要:应用高压水除去钢坏表面的氧化铁皮(俗称除鳞),可有效提高钢材的表面质量。但要实现有效除鳞,控制钢坯速度、水的流量及水压大小至关重要。文章介绍了高压水除鳞控制系统的结构与功能。指出,采用这一控制系统可获得满意的除鳞效果;使用该系统的用户反映,
系统具有设计合理、操作简便、可靠性高等特点。关键词:高压水射流;钢材除鳞;控制系统;结构;功能中图分类号:TD42115
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9 文献标识码:B
StructureandFunctionsofHigh2pressureWaterjetDescalingControlSystemChengPeng2fei1,YangWei2guo2
(1.ChangshaInstituteofMiningResearch,Changsha,Hunan410012,China;
2.HengyangSteelPipeGroupLtd.Co,Hengyang,Hunan421001,China)Abstract:Usinghigh2pressurewaterjettoremovetheoxidizedscalingsonsteelbillet,whichiscalledasdescalingincommon,caneffectivelyimprovethesuperficialqualityofrolledsteel.How2ever,iftheeffectivedescalingiscarriedout,itisveryimportanttocontrolthefeedingspeedofsteelbillet,theflowrateofwaterandthepressureofwater.Theintroductiontothestructureandfunctionsofthecontrolsystemforhigh-pressurewaterjetdescalingismade.Itispointedoutthatusingthiscontrolsystemcanrealizeasatisfactoryeffectofdescaling.Theusershavesaidthatthissystemfeaturesrationaldesign,easyoperationandhighreliabilityetc.KeyWords:High2pressurewaterjet,Rolledsteeldescaling,Controlsystem,Structure,Func2tions
钢坯表面的炉生氧化铁皮(俗称鳞)是影响钢材表面质量的主要原因之一。由于它的存在,使钢材表面产生凹坑、麻点、氧化铁压入等多种缺陷,大大削弱了产品的市场竞争力。为了有效解决这一问题,将高压水射流技术应用于热态除鳞和冷态除鳞中,可取得良好的效果。为了实现用高压水射流有效除鳞,检测和控制钢坯速度、水的流量及水压大小至关重要。1 控制系统的结构高压水除鳞电气控制系统由动力配电、顺序控制、设备的状态检测、参数检测与显示、极限报警和自动保护等组成。电气控制系统的作用有以下几点:充分发挥机械设备的性能;对系统实现顺序控制与联锁保护;实现对系统的状态与参数的实时监测,
便于操作人员掌握除鳞系统运行情况;提高系统的自动化程度,减少操作人员的劳动强度。为了有效实现以上功能,设计采用了上、下位机的系统结构,
下位机采用PLC,上位机采用触摸屏。111 PLC的配置自动监控系统的PLC采用SIEMENS的S7—300系列。根据系统要求,PLC总体配置如下:(1)中央处理模块(CPU):选用CPU313;
(2)数字量输入模块(DI):选用SM321,共4块
Ξ收稿日期
:2002-09-05
作者简介:成鹏飞(1969—),男,湖南湘乡人,工程师,主要从事计算机控制与管理信息系统的研究.
第23卷 第2期2003年 4月矿业研究与开发MININGR&D Vol.23No.2
Apr.2003(16点/块),处理64点输入信号;
(3)数字量输出模块(DO):选用SM322,共2
块(16点/块),处理32点输出信号;(4)模拟量输入模块(AI):选用SM331,共2块(8点/块),处理16点输入信号。112 触摸屏的配置触摸屏采用了西门子公司的TP170A。TP170A以RS232接口与PLC连接。113 变频器的配置高压水泵变频器采用西门子公司的SIMOVERTMASTERDRIVERS70装机柜型变频器。选择这种类型的变频器,主要是因为柱塞泵与离心泵的特性有差别,而SIMOVERTMASTERDRIVERS是矢量控制变频器,可满足低速恒扭矩启动设备的需要;此外具有较高的性价比。2 控制系统的实现211 系统控制方式与实现为了操作与检修的方便,设计了远程手动操作、手动和自动等控制方式。远程手动操作可为系统初期调试、运行中的检修与维护提供方便。在这种操作方式下,操作人员可以通过操作台上对应电机的启动/停止按钮来启动或停止相应设备。在系统正常投运后,操作人员只需在计算机上操作就可实现对整个系统的控制,可在计算机屏幕上选择手动或自动控制。手动与远程手动方式功能基本类似,该方式由操作人员触摸屏幕上相应的按钮来实现设备的启停控制。如果操作人员在计算机屏幕上选择了自动控制方式,则通过PLC来实现供水泵、润滑油泵、油泵站、注油器、高压泵等设备的顺序启动和停止。在系统运行过程中,当出现水箱液位过低、润滑油油压过低或油温过高、液压站油压过低或油温过高,高压水压力过高或过低及变频器故障等异常情况时,系统将以声光报警方式提醒操作人员,采取措施排除异常,保证设备正常运行。如果操作人员未能及时排除故障,异常情况越来越严重时,系统设备将顺序停止。另外,当系统中某台设备出现故障,停止运行时,系统也将顺序停止所有设备。高压水除鳞系统中的关键设备是高压泵。高压泵为系统提供合适压力和流量的高压水,以除去钢坯或钢管表面的鳞皮。在进行系统设计时,选用了变频器来控制高压泵出水的流量、压力及泵的启停。采用变频器,可实现系统平滑、无级调速,从而可延长停车时间以减轻停车过程中的“水锤”现象。当输入电源缺相、电机断相时,变频器可报警输出,并自动停止高压泵运行,从而保证系统的安全与可靠性。该系统通过红外热金属探测仪检测钢管或钢坯的位置,实现自动除鳞。当钢坯或钢管从加热炉出来,接近除鳞箱时,热金属探测仪检测到后,发送出一个开关信号给PLC,PLC接收到信号后,发出控制指令,关闭卸荷阀,系统压力迅速上升,在除鳞环处形成高压、高速的水射流经喷嘴喷射到待除鳞的钢材表面,进行除鳞。当钢材完全通过除鳞箱后,卸荷阀打开,除鳞工作结束。212 系统恒压除鳞的实现高压水除鳞系统的除鳞效果和系统的压力、流量密切相关,而系统最大工作压力与流量取决于水泵大小和电机功率。在正常情况下,工作压力和流量与电机的转速成比例关系,但系统的管道泄漏、密封磨损等其它因素会造成压力损失和流量减小。当操作人员在上位机设定系统的工作压力之后,系统通过压力变送器检测其工作压力,当系统在工作过程中出现压力波动时,能通过变频调速器调整电机的转速,自动将其调节到所设定的压力下工作。因此,在进行系统设计时,不仅应考虑系统正常工作情况下所需的流量与压力,还应综合考虑系统管道、密封件磨损等其它因素造成的压力与流量损失,水泵与电机的选型都应留有一定的余量,以便系统工作一段时间之后,仍能将其调整在所需的压力下工作,
达到理想的除鳞效果。213 上位计算机系统的功能及实现上位计算机是操作人员获取信息和发出指令的设备。本系统采用西门子公司的TP170A实现所需功能。上位机可检测和显示的参数有:高压泵润滑油油温、高压泵润滑油油压、液压站油压、液压站油温、水箱水位、变频器频率和变频器电流。在屏幕上有数字显示和棒状图等多种显示方式。上位机也可显示各种报警信息,当系统中的设备出现故障时,屏幕上对应的设备状态就会改变颜色并闪烁,提示操作人员当前发生故障的设备是什么,这样就有利于操作、维护人员迅速找到故障点,
排除故障。系统故障分为两级:一级故障定义为最高级,当发生此类故障,将禁止所有控制输出。二级(下转第34页)
第2期 成鹏飞等 高压水除鳞控制系统的结构与功能31 都有关,如海面、海底、水介质、温度、盐度、气泡、生物等等,也可以说对海洋中散射体是无法控制的,解决这一问题最有效的办法就是在可以接受到发射换能器信号的前提下尽量降低发射功率。集矿机上装的应答器在接受询问脉冲到转发应答脉冲间存在着一定的延时,这一延时直接影响测距误差。当应答测时误差为1ms时,基线勘测的均方误差为3m。为了提高集矿机水下定位精度,则必须设法测定应答器的实际转发延时,以便在船位坐标计算中给与修正。参考文献:
[1]刘伯胜.水声学原理[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,1997.[2]田坦,刘国枝,孙军.声纳技术[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2000.
(上接第9页)采完后,从1675m顶板主应力等值线图可看出顶板内的主应力分布。在3,4,5盘区的顶板由上盘向整个顶板大面积的产生应力松弛,而在1,2盘区仅上盘有较小范围的应力松弛,1～5盘区的下盘都为应力集中。在各分层的模拟计算步,开采完后产生的最大拉应力值分别为211,215,214,312,211,113,1103MPa,拉应力产生的部位在2,3盘区的顶板靠上盘区域,应力集中系数分别为1186,2101,211,215,217,212,211,119。应力集中部位大都在3盘区及其左右的2,4盘区。从十分层(1679m)开采到1721m,从采完后顶板主应力等值线分布可看出:这些顶板的主应力分布与前述三至九分层的应力分布特征基本相同,不同点在于到十分层后,矿体的开采范围小,采空区的面积小,因而顶板的主应力扰动范围分布在较小的区域,开采完后产生的最大拉应力与应力集中程度都比三至九分层的低。因此,到6#矿体开采的后期,除受3#矿体的充填体影响外,采场的稳定性较好。(3)屈服破坏区。除每分层在矿体的上、下盘有屈服区外,每步的屈服区主要集中在开采盘区的顶板,从第三分层到第七分层时达到最多,即屈服区域最大,反映开采到此分层采场的稳定性最差。再从第九分层开始,开采矿体的采空区面积逐渐减小,加上1～4盘区的采空区进行了充填,此后的屈服区主要在4～5盘区。6 结论与建议通过对6#矿体的1619m以下已采矿开采过程的模拟计算、盘区回采顺序的模拟计算、分层进路尺寸的选择、6#矿体开采过程的全模拟等模拟计算,