三輥無縫鋼管連軋管機(jī)的安全系統(tǒng)

閆文秀

（太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024）

三輥無縫鋼管連軋管機(jī)的安全系統(tǒng)

閆文秀

（太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024）

安全已成為設(shè)備不可缺少的一部分，出口產(chǎn)品的安全更是必不可少的，安全繼電器是一種成熟的安全產(chǎn)品。介紹了三輥無縫鋼管熱連軋管機(jī)的工藝概況及對(duì)安全性的需求，通過使用安全繼電器建立了三輥無縫鋼管連軋管機(jī)的安全系統(tǒng)，滿足了生產(chǎn)和維護(hù)的安全需要。增加安全繼電器后使設(shè)備的安全生產(chǎn)更加有保障，為產(chǎn)品的出口提供了有力的支撐。

安全系統(tǒng)；PSR系列安全繼電器；SINAMICS S120

1 引言

在歐美，早已制定出相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，來保護(hù)人、機(jī)械設(shè)備和加工材料的安全?，F(xiàn)今，任何一臺(tái)進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的機(jī)器，都必須施加CE標(biāo)志，以證明這臺(tái)機(jī)器符合EU機(jī)械指令，達(dá)到安全方面的要求。從技術(shù)的角度來看，現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，一方面大大提升了機(jī)械的生產(chǎn)能力；另一方面，自動(dòng)化技術(shù)也會(huì)引發(fā)事故，特別是在一些非正常操作的過程中（如試車、清洗、維修等），事故不僅會(huì)對(duì)操作人員或維護(hù)人員造成嚴(yán)重的傷害，而且還會(huì)造成設(shè)備的損壞，加工材料的浪費(fèi)，甚至延誤貨期。因此設(shè)計(jì)本質(zhì)安全的機(jī)器設(shè)備，是每個(gè)設(shè)備供應(yīng)商的責(zé)任，同時(shí)也是每個(gè)雇主的義務(wù)。

2 安全系統(tǒng)介紹

控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)屬于兩個(gè)完全不同的概念?？刂葡到y(tǒng)用來保持設(shè)備在各種外部條件下能夠在正常的限定范圍內(nèi)運(yùn)行，安全系統(tǒng)是為了確保設(shè)備在安全和故障情況下，都能正常工作，保證系統(tǒng)的安全，安全系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)別高于一切控制系統(tǒng)。

一個(gè)完整的安全系統(tǒng)通常由以下3部分組成，見圖1。

圖1 安全系統(tǒng)組成Fig.1 Components of security system

圖1中，安全輸入設(shè)備（安全傳感器）由急停按鈕、安全門、雙手控制按鈕、安全光柵以及需要進(jìn)行安全監(jiān)控的輸入信號(hào)（如上死點(diǎn)和下死點(diǎn)的安全位置信號(hào)）等組成。安全邏輯設(shè)備由安全繼電器、可編程安全模塊、安全PLC和安全總線組成。安全輸出設(shè)備由接觸器、電磁閥、AC驅(qū)動(dòng)器組成。以上3個(gè)部分之間的互聯(lián)接線由電纜線或光纜連接。

3 項(xiàng)目介紹

三輥無縫連軋管機(jī)是二輥連軋管機(jī)的技術(shù)革新和升級(jí)，2010年太原重工承攬了韓國(guó)日進(jìn)制鋼公司○／180TCM無縫鋼管熱連軋項(xiàng)目，該項(xiàng)目為韓國(guó)的第1條熱軋無縫鋼管項(xiàng)目，也是太原重工的第1條自主出口國(guó)外的熱連軋無縫鋼管項(xiàng)目。連軋機(jī)區(qū)主要由以下部件組成：1）毛管橫移，主要由毛管旋轉(zhuǎn)、毛管內(nèi)表面抗氧化系統(tǒng)、毛管移送、毛管撥料組成；2）主軋機(jī)，主要由軋機(jī)傳動(dòng)、輥縫控制、機(jī)架組成；3）脫管機(jī)，由脫管機(jī)傳動(dòng)、孔型、機(jī)架組成；4）芯棒限動(dòng)裝置，由傳動(dòng)裝置、限動(dòng)齒條、芯棒頭部夾持裝置組成；5）芯棒循環(huán)系統(tǒng)，主要由芯棒冷卻、新芯棒上料、舊芯棒下料、芯棒外表面潤(rùn)滑劑、毛管外表面除磷系統(tǒng)組成；6）流體系統(tǒng)，主要由液壓系統(tǒng)、稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)、甘油潤(rùn)滑系統(tǒng)組成。

熱連軋無縫鋼管系統(tǒng)的工藝性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)多。毛管被移送到軋機(jī)前臺(tái)，外表面噴過潤(rùn)滑劑的芯棒插入到毛管，此時(shí)的毛管已經(jīng)過內(nèi)表面抗氧化和外表面除磷，毛管和芯棒一起進(jìn)入軋機(jī)，毛管被軋制，軋制過程芯棒在毛管中位置要根據(jù)毛管軋制位置來確認(rèn)，毛管軋制結(jié)束后，在脫管機(jī)作用下芯棒和鋼管分離，芯棒快速回退至原點(diǎn)，軋制后芯棒通過芯棒移送裝置移送后進(jìn)入芯棒冷卻工序。軋機(jī)有5個(gè)機(jī)架，每個(gè)機(jī)架由3臺(tái)電機(jī)組成；脫管機(jī)有3個(gè)機(jī)架，每個(gè)機(jī)架有1臺(tái)電機(jī)；限動(dòng)電機(jī)由4臺(tái)電機(jī)組成。

4 三輥連軋管機(jī)的安全系統(tǒng)

根據(jù)項(xiàng)目需要，項(xiàng)目組選擇菲尼克斯PSR安全繼電器組搭建連軋機(jī)的安全控制系統(tǒng)。安全繼電器的輸出用于連軋機(jī)區(qū)傳動(dòng)裝置、軋機(jī)輥縫液壓伺服、液壓閥、氣動(dòng)閥的安全控制。傳動(dòng)裝置采用西門子SINAMICS系列變頻裝置，傳動(dòng)裝置的安全控制采用安全繼電器輸出直接接到傳動(dòng)裝置和傳動(dòng)控制的輸入方式；其余的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的安全控制通過安全繼電器輸出到各PLC的輸入然后在程序中實(shí)現(xiàn)安全控制。

整個(gè)連軋區(qū)域有PLC邏輯控制單元7套，112臺(tái)控制柜，還有主操作臺(tái)2個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)9個(gè)，位置分布于軋線和軋線的電氣室、操作室。整個(gè)區(qū)域?qū)Π踩敵鲇|點(diǎn)需要為126個(gè)。安全繼電器組為菲尼克斯PSR安全繼電器加安全繼電器擴(kuò)展模塊組成。安全繼電器組的系統(tǒng)方案采用二級(jí)架構(gòu)，一級(jí)架構(gòu)以安全繼電器為主，其輸出作為二級(jí)安全繼電器的輸入，二級(jí)安全繼電器安裝于對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)裝置控制柜內(nèi)，這樣既可滿足安全輸出觸點(diǎn)過多的需求，也可解決安全輸出設(shè)備位置過于分散的問題。

一級(jí)架構(gòu)即主安全繼電器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2，安全輸入信號(hào)為分布于操作臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)臺(tái)的雙回路急停按鈕，采用手動(dòng)復(fù)位方式，安全繼電器故障狀態(tài)輸出至PLC，一級(jí)架構(gòu)的安全繼電器輸出NO作為二級(jí)架構(gòu)的輸入。

圖2 一級(jí)安全繼電器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2 First level of safety relay structure chart

二級(jí)架構(gòu)即現(xiàn)場(chǎng)安全繼電器組，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖3，輸入為一級(jí)架構(gòu)安全繼電器主模塊的輸出，采用自動(dòng)復(fù)位方式，安全繼電器故障狀態(tài)輸出至PLC，安全繼電器輸出直接至安全控制設(shè)備。二級(jí)安全繼電器的數(shù)量和位置根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置為軋機(jī)第1架安全繼電器、軋機(jī)第2架安全繼電器、軋機(jī)第3架安全繼電器、軋機(jī)第4架安全繼電器、軋機(jī)第5架安全繼電器、限動(dòng)安全繼電器、軋機(jī)輔助傳動(dòng)安全繼電器、循環(huán)區(qū)輔助傳動(dòng)安全繼電器、脫管機(jī)安全繼電器、毛管橫移安全繼電器。

圖3 二級(jí)安全繼電器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.3 Second level of safety relay structure chart

5 傳動(dòng)裝置的安全控制

連軋機(jī)的安全控制系統(tǒng)中，安全的重中之重在傳動(dòng)裝置的安全控制上，傳動(dòng)裝置中有高速旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，快速運(yùn)行機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)安全控制能最大限度保證三輥無縫鋼管連軋管機(jī)組的安全需求。

以軋機(jī)第1架安全繼電器為例，其受控于一級(jí)安全繼電器。西門子SINAMICS系列變頻裝置采用傳動(dòng)單元和傳動(dòng)單元控制器分體式結(jié)構(gòu)，安全觸點(diǎn)信號(hào)需要直接連接至傳動(dòng)單元和傳動(dòng)單元控制器的安全控制信號(hào)輸入端子上。由于軋機(jī)第1架主傳動(dòng)采用能量回饋控制方式及整流回饋單元＋逆變單元來控制軋機(jī)主電機(jī)，軋機(jī)第1架安全繼電器的主安全繼電器選用菲尼克斯輸出觸點(diǎn)帶延時(shí)功能的安全繼電器PSR-ESD／300，NO延時(shí)功能觸點(diǎn)直接連接至整流回饋裝置的傳動(dòng)單元和整流回饋單元的控制器上，不具有延時(shí)功能的觸電直接連接至逆變單元和逆變單元的控制器，用于確保停車時(shí)逆變裝置停止逆變，電機(jī)的動(dòng)能通過逆變裝置和整流回饋單元的回饋橋?qū)崿F(xiàn)能量的回饋，電機(jī)停止后延時(shí)功能觸點(diǎn)動(dòng)作整流回饋裝置停止工作。

軋機(jī)第1架安全繼電器的電氣線路如圖4所示；傳動(dòng)裝置控制器的安全連接如圖5所示；傳動(dòng)裝置的電氣連接如圖6所示。

圖4 軋機(jī)第1架安全繼電器Fig.4 Safety relay of 1＃rolling mill stand

圖5 傳動(dòng)裝置控制器的安全連接Fig.5 Drive controller security connection chart

圖6 傳動(dòng)裝置的電氣連接Fig.6 Drive security connection chart

6 結(jié)論

連軋機(jī)控制系統(tǒng)分為通用控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)，安全控制系統(tǒng)具有優(yōu)先控制權(quán)限。在本項(xiàng)目的連軋機(jī)安全控制系統(tǒng)中，使用了雙回路急停按鈕作為安全輸入，安全繼電器作為安全控制設(shè)備，系統(tǒng)的安全性得到了較大提升，使安全生產(chǎn)更加有保障，為太原重工產(chǎn)品走向世界提供了有力的支撐。

［1］ ISO 13849-1.新版機(jī)械行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ EN 954-1.舊版機(jī)械行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］ EN 50205.觸點(diǎn)機(jī)械聯(lián)動(dòng)特性標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］ 菲尼克斯電氣.安全控制設(shè)備［Z］.

［5］ 西門子.高性能多機(jī)傳動(dòng)變頻調(diào)速器［Z］.

［6］ 西門子.高性能單機(jī)傳動(dòng)變頻調(diào)速器［Z］.

修改稿日期：2012-02-16

Three Rollers Seamless Steel Tube Mill Security System

YAN Wen-xiu

（TechnologyCenter，TaiyuanHeavyIndustryCo.，Ltd.，Taiyuan030024，Shanxi，China）

Security is an indispensable part of equipment，especially in export project.Safety relay is a kind of mature safety product.The process and security needs of the three rollers seamless steel tube mill system was introduced，and established the three rollers seamless steel tube mill security system with safety relays，which met the needs of production and maintenance.Safety relays make products work more properly and safely，and support the products exporting effectively.

security system；PSR series safety relays；SINAMICS S120

TP276

A

閆文秀（1975-），男，大學(xué)本科，工程師，Email：369012270＠qq.com

2011-11-29