火焰切割機(jī)主要作用是將鑄坯按產(chǎn)銷計(jì)劃長(zhǎng)度切割成板坯塊。由于某煉鋼廠切割機(jī)的老化以及前期的設(shè)計(jì)缺陷，切割機(jī)在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)兩個(gè)切割槍第一次相遇后自動(dòng)返回、主夾打開(kāi)故障。近年來(lái)由于熟練操作工陸續(xù)退休，新來(lái)的操作人員技能水平不高等原因常常無(wú)法重新對(duì)縫進(jìn)行二次切割，切割機(jī)出現(xiàn)兩個(gè)切割槍第一次相遇后自動(dòng)返回故障，輕則造成降速事故切割，重則澆鑄中斷，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

控制原理

該煉鋼廠的火焰切割機(jī)采用的雙切割槍進(jìn)行切割。正常的切割時(shí)，切割機(jī)的切割流程如下：

1）切割機(jī)在主夾打開(kāi)信號(hào)到來(lái)后，切割機(jī)主夾打開(kāi)，切割機(jī)開(kāi)始隨鑄坯一起移動(dòng)，切割機(jī)1#、2#切割槍快速接近鑄坯，到達(dá)鑄坯邊緣位置時(shí)（由程序計(jì)數(shù)得出），切割槍暫停，預(yù)熱燃點(diǎn)燃。

2）預(yù)熱6s后，切割氧啟動(dòng)，1#、2#切割槍以始切速度向鑄坯移動(dòng)。

3）始切9s后，切割距離約5-20mm，切割機(jī)正常速度進(jìn)行切割。

4）1#、2#切割槍第一次相遇后（割槍固定小車中間撞尺極限閉合），2#槍停止切割并返回100mm，1#槍繼續(xù)切割。

5）當(dāng)兩槍第二次相遇后，此時(shí)鑄坯余10mm未切，2#切割槍返回原位，1#切割槍繼續(xù)前進(jìn)30mm，同時(shí)切下輥道啟動(dòng)。

6）1#槍切割完畢后，關(guān)閉預(yù)熱燃、切割氧，1#槍快速返回，切割機(jī)主夾松開(kāi)。

圖1 切割機(jī)切割過(guò)程示意圖

圖2 切割機(jī)切割控制流程圖

故障分析

從切割機(jī)控制原理及切割控制流程圖可以看出，切割機(jī)兩槍第一次相遇時(shí)板坯仍有將近100mm的寬度未切割，如果兩槍自動(dòng)返回并且松開(kāi)主夾，操作人員需重新進(jìn)行對(duì)縫切割。由于操作人員的技能水平以及責(zé)任心問(wèn)題，幾乎每次出現(xiàn)切割機(jī)兩槍第一次相遇返回的情況時(shí)，都造成無(wú)法對(duì)縫或者板坯切割不斷造成澆鑄降速或者澆鑄中斷的情況。

造成兩槍第一次相應(yīng)自動(dòng)返回的原因主要有以下兩種：

（1）兩槍第一次相遇后極限撞尺未返回原位。

切割機(jī)兩槍相遇極限安裝在1#槍切割小車上，采用機(jī)械撞尺極限，當(dāng)1#槍切割小車與2#槍切割小車相遇時(shí)，撞尺旋轉(zhuǎn)，極限信號(hào)閉合，程序根據(jù)信號(hào)做出下一步控制指令。

但由于切割環(huán)境溫度較高，一般情況下在80°C以上，機(jī)械撞尺極限由于需要潤(rùn)滑，高溫環(huán)境容易造成潤(rùn)滑油干燥凝固造成撞尺卡死，這種情況在繼續(xù)上機(jī)使用一段時(shí)間后發(fā)生的幾率非常高。

當(dāng)撞尺未還原時(shí)，程序檢測(cè)兩槍第一次相應(yīng)信號(hào)到來(lái)后，2#槍返回，1#槍繼續(xù)切割；但隨機(jī)檢測(cè)第二次相遇信號(hào)也到來(lái)了，1#槍切割10mm就切割結(jié)束，主夾松開(kāi)。此時(shí)鑄坯仍由90mm寬度未切。

（2）切割機(jī)相遇極限受切割機(jī)上其它設(shè)備影響。

切割區(qū)域設(shè)備比較復(fù)雜，附近布列比較多的冷卻水管、切割機(jī)走線履帶、煤氣管、氧氣管、電纜等設(shè)備，檢修以及臨時(shí)故障處理經(jīng)常造成切割槍小車移動(dòng)時(shí)其它設(shè)備絆動(dòng)切割機(jī)相遇極限造成相遇信號(hào)提前到來(lái)或者出現(xiàn)誤信號(hào)；切割機(jī)上冷卻水管容易出現(xiàn)漏水情況，若相遇極限進(jìn)水容易造成極限開(kāi)關(guān)掉電或者整個(gè)操作臺(tái)掉電，影響相對(duì)嚴(yán)重。

?故障處理及論證

（1）針對(duì)切割機(jī)兩槍第一次相遇自動(dòng)返回故障，首先需要對(duì)相遇極限進(jìn)行改性，機(jī)械撞尺極限在高溫環(huán)境下容易出現(xiàn)潤(rùn)滑干燥拐臂卡死，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇圖爾克感應(yīng)極限。

圖爾克感應(yīng)極限感應(yīng)距離10mm，環(huán)境溫度-20°C—100°C，輸入為10VDC-30VDC，輸出為200mA電流信號(hào)，所以圖爾克感應(yīng)極限滿足生產(chǎn)的需要，同時(shí)能有效避免撞尺卡死的情況發(fā)生。

（2）感應(yīng)極限需要三根電纜，電源正、電源負(fù)及信號(hào)線，所以由機(jī)械極限改造感應(yīng)極限時(shí)需要重新鋪設(shè)電纜一根，這對(duì)切割機(jī)這種備用電纜比較多的設(shè)備，改造不會(huì)造成任何問(wèn)題。

但是感應(yīng)極限并不能完全解決其它設(shè)備造成的干擾信號(hào)，主要因?yàn)榍懈顓^(qū)域的信號(hào)傳輸只能通過(guò)切割槍履帶，再由切割大車履帶傳輸至PLC，這個(gè)過(guò)程中避免不了與動(dòng)力電纜距離很近，甚至并排。切割機(jī)的動(dòng)力電源為強(qiáng)電，對(duì)感應(yīng)極限產(chǎn)生的200mA弱電流影響比較大，所有在切割機(jī)移動(dòng)過(guò)程中（尤其切割機(jī)或者切割槍小車初始移動(dòng)時(shí)），干擾信號(hào)特別明顯。

圖3 感應(yīng)極限原理圖

為了解決這個(gè)問(wèn)題，采取干擾信號(hào)屏蔽措施。1）兩槍相遇極限信號(hào)采用帶屏蔽層的電纜；2）對(duì)極限等弱點(diǎn)與動(dòng)力電纜分開(kāi)傳鋼管屏蔽；3）在信號(hào)進(jìn)入PLC前，采用中間繼電器進(jìn)行信號(hào)處理。使用中間繼電器進(jìn)行信號(hào)處理示意圖如下：

圖4 使用中間繼電器對(duì)兩槍相遇信號(hào)處理

（3）通過(guò)程序控制為兩槍相遇增加時(shí)間鎖定。

正常切割情況下，從兩槍第一次相遇到兩槍第二次相遇時(shí)間基本是固定的，如果小于該時(shí)間內(nèi)到來(lái)的信號(hào)可以判斷為干擾信號(hào)或者誤信號(hào)，切割槍不進(jìn)行下一步動(dòng)作，避免引起錯(cuò)誤信號(hào)引起的板坯切割故障。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多次檢測(cè)，兩槍第一次相遇至第二次相遇間隔16s-18s，因此確認(rèn)在15s內(nèi)到來(lái)的信號(hào)全部為干擾信號(hào)或者誤信號(hào)，需要對(duì)該時(shí)間段內(nèi)到來(lái)的第二次相遇信號(hào)進(jìn)行程序屏蔽。修改后的控制程序如下所示：

圖5 兩槍第1次相遇時(shí)間后15s鎖定

圖6 改造前的兩槍第1次相遇程序控制

?（4）延時(shí)主夾松開(kāi)時(shí)間，并增設(shè)切割完成蜂鳴器。

當(dāng)切割完成時(shí)，延時(shí)7s切割槍返回，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警。一般情況下兩槍第一次相遇自動(dòng)返回故障時(shí)，正常情況下不會(huì)造成生產(chǎn)影響，最年來(lái)多次此類故障造成澆鑄中斷或者事故切割的主要原因是工藝由于老師傅退休，新來(lái)職工技能水平較差，無(wú)法使用切割機(jī)進(jìn)行二次對(duì)縫。

切割機(jī)兩切割槍延時(shí)7s對(duì)正常切割板坯不會(huì)造成任何影響，切割完成后，通過(guò)蜂鳴器提醒操作工切割結(jié)束，操作工只需要抬頭確認(rèn)板坯是否切斷，如果正常不需要任何操作；如果板坯未切斷，需要手動(dòng)操作對(duì)未切斷處重新切割。因切割槍未返回、主夾未松開(kāi)，只需要點(diǎn)擊切割就能實(shí)現(xiàn)切割，避免了因主夾松開(kāi)后對(duì)縫不準(zhǔn)造成切割位置與原切縫不一致板坯無(wú)法切斷的事故發(fā)生。

圖7 新增切割結(jié)束后延時(shí)7s松開(kāi)

結(jié)語(yǔ)?

該煉鋼廠火焰切割機(jī)兩槍第一次相遇自動(dòng)返回故障經(jīng)過(guò)更換極限的類型、干擾信號(hào)屏蔽、PLC程序功能的完善以及語(yǔ)言報(bào)警等技術(shù)措施，從多種角度避免切割機(jī)兩槍相遇干擾信號(hào)及誤信號(hào)，保證兩槍相遇信號(hào)的正常。該故障從原來(lái)的每月3-4次到現(xiàn)在全年零故障，保證了生產(chǎn)的正常秩序。該故障的處理方法以及信號(hào)干擾的屏蔽措施，對(duì)處理類似故障的設(shè)備有很大參考價(jià)值。

本文編自《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“關(guān)于火焰切割機(jī)兩槍相遇自動(dòng)返回的故障分析”，作者為宋欣鋒、鐘敏。