铣边机动态调整铣边宽度的功能实现

潘 军

（宝山钢铁股份有限公司钢管条钢事业部，上海 201900）

宝山钢铁股份有限公司（简称宝钢股份）钢管条钢事业部HFW焊管生产线上生产中直径高频直缝电阻焊管的全套成型设备由德国SMS Meer公司设计并制造，可以生产直径219.1～609.6 mm、壁厚4.0～20.0 mm、最大长度达18.0 m的高频直缝电阻焊管。生产线设备主要组成部分有：带钢准备部分，铣边机，管子成型、焊接、定径/整型部分，焊缝热处理部分，探伤部分，切管部分。其中，铣边机的主要作用是为成型和焊接工序提供宽度符合要求的带钢，一旦铣边机停机就会造成后道工序生产线的全面停机［1-2］。

铣边机设备主要由左右刀盘切削电机、左右刀盘油缸、仿形油缸、左右侧宽辊、上压辊等［3-11］组成。铣边机的工作原理如图1所示。

HFW焊管线生产中，当成型段换产品规格（包括不变换外径只更改壁厚）、带钢上的横焊缝经过铣边机时，整条焊管线必须停机以调整带钢铣后宽度参数，最后使铣边机左右刀盘调整到要求的位置后，再开动设备进行成型段的穿带过程。实际生产情况中，不变换外径只更改壁厚的概率非常高，每天约3次。另外，穿带过程中生产的焊管质量较低，至少有2根焊管做降级处理。这样每天频繁停机，最多可导致6根管子成为降级管。所以有必要通过攻关研究，改变焊管生产线的控制方式及铣边机宽度调整控制程序，以实现带钢铣后宽度的动态调整，使整条焊管生产线不停机，从而减少降级管，提高产品收得率。

图1 铣边机的工作原理

1 改进要求

根据HFW焊管生产线具体情况，确定了以下功能改进要求：

图2 铣边机动态调整铣边宽度功能逻辑示意

（1）要求横焊缝在铣边机前后各3 m内完成不停机动态换壁厚的功能；

（2）要考虑左右刀盘油缸动作速度和带钢运行速度，以确保在横焊缝前后各3 m内完成刀盘位置调整；

（3）要能识别来料带钢的宽度变化（窄变宽或宽变窄），并确保左右刀盘动作的方向正确；

（4）要实现不停机动态调整铣后宽度功能；

（5）要确保左右刀盘到工作位后的自动锁紧。

2 动态调整铣边宽度功能实现

通过试验和实践，确定了通过逻辑程序功能化完善实现动态调整左右切削刀盘油缸位置的方案。在焊管生产线连续生产情况下，当下一卷不同厚度的带钢经过铣边机时，在横焊缝规定范围内，确保铣边机不停机的前提下，左右切削刀盘油缸位置自动调整定位。铣边机动态调整铣边宽度功能逻辑如图2所示。

2.1 横焊缝跟踪功能的实现

直缝焊管生产中，通过两钢卷之间对接实现连续生产，卷与卷之间通过CO2气体保护电弧焊连接，形成横焊缝，横焊缝跟踪实现方法如图3所示，剪切机在带钢的横焊缝后约100 mm处冲孔，在铣边机前6.5 m处安装有对射光栅，光栅发射端位于带钢底部，当横焊缝经过该光栅后，圆孔透光即被检测到，光栅检测范围为15 cm，以确保光栅信号不受圆孔在此范围内左右偏差的影响。这样，当横焊缝经过铣边机时，成型段PLC系统就能根据光栅信号自动判定，同时自动更新卷号信息，确保料流信息准确。

图3 横焊缝跟踪实现方法

焊管生产线上各设备离横焊缝光栅探头的直线距离是固定的，根据生产线的速度和这些设备间距，通过光栅信号的触发，PLC系统可以准确地计算出横焊缝在生产线上的位置，这样就实现了横焊缝自动跟踪（CWT）功能。

由于成型段PLC具有这横焊缝的跟踪功能，通过DP/DP Coupler（耦合器）将成型PLC内的焊缝位置数据送到铣边机PLC的模拟量PID116中，使得PID116数值即为铣边机距离横焊缝光栅探头的直线距离；又由于横焊缝光栅探头距离铣边机左右两侧切削刀盘中心线直线距离为6.5 m，所以铣边机前后各3 m的范围确定为3.5 mm ∧PID116数值 ∧9.5 mm。

2.2 带钢来料宽度变化自动识别

铣边机不停机自动调整刀盘位置时，需要考虑两种带钢来料宽度变化情况，即窄变宽和宽变窄。如果来料比当前的钢板宽，为避免钢板撞击左右刀盘而产生打刀情况，则需要在横焊缝到达铣边机前就自动调整刀盘位置；如果来料比当前的钢板窄，为避免过早调整刀盘位置而造成切削量过大使得切削电机过载，则必须在横焊缝到达铣边机后再改变铣刀的位置。

在实际生产过程中，如果成型段需要更换产品壁厚（带钢宽度），铣边机操作工需要配合更改铣后宽度。在自动生产情况下，当新的壁厚横焊缝出活套时，操作工需要更改操作屏上的铣后宽度数值并确认，这时程序通过比较新旧铣后宽度数值，产生窄变宽和宽变窄的二进制信号。

2.3 铣边机自动停机信号的产生规则

按原有设计，连续生产时如果修改画面中的铣后宽度或者左右切削刀盘自动定位时，会由于左右切削刀盘不在设定工作位而产生自动停机信号，从而造成铣边机和焊管生产线的全面停机，因此为实现动态调整就需要在程序逻辑上将这两种情况下的停机信号封锁。

同时也要考虑以下两种铣边机停机信号的产生情况：铣后宽度数据变化后的40 s内虽然铣后宽度数值发生了变化，但左右刀盘位置仍旧保持在原来工作位自动生产，如果期间横焊缝没有到来或左右刀盘位置未自动定位，将会自动停机；如果横焊缝到来且在铣边机前后各3 m的范围内左右刀盘位置未成功自动定位则也会造成铣边机自动停机。

为保证铣后宽度的反复变化不受工作位的因素影响而自动停机，以左右刀盘自动定位开始作为复位条件来防止停机信号的产生。由于换壁厚时横焊缝的物理位置超出横焊缝前后各3 m，将会因为工作位与实际位不相符而停机，所以左右切削刀盘油缸是否及时移动到位对于是否会产生铣边机停机信号非常重要。

2.4 刀盘自动定位

按照试验结果，生产线速度为15 m/min时，将左右刀盘油缸动作速度设定值增加2倍后，改变单边铣削量5 mm只需要1 s左右时间就能使左右刀盘油缸调整到位（此时带钢行走了约0.25 m）。

因此约定，带钢窄变宽时，当横焊缝不到铣边机处（提早约1 m），即焊缝位置距离数据PID116（横焊缝离铣边机前光栅距离）大于5.5 m时触发左右刀盘锁紧油缸自动打开，刀盘油缸向新的工作位方向自动定位，到位后左右刀盘油缸自动锁紧，停止自动定位调整，期间生产线保持连续生产。同样，带钢宽变窄时，当横焊缝超出铣边机处约0.3 m，即焊缝位置距离数据PID116大于6 m时触发左右刀盘锁紧油缸自动打开。当铣后宽度数据发生变化后，左右切削刀盘自动定位调整触发前，另外需要在操作台上按一下“走工作位”按钮，以此对定位做再次确认。

左右刀盘自动到位的前提是：横焊缝前后各3 m油缸能瞬间到位，且不损坏压在带钢上的压轮。

3 应用效果

2011年铣边机动态调整铣边宽度的功能在宝钢股份钢管条钢事业部HFW焊管生产线上投入使用，减少了更换生产规格时产生的废品量，提高了HFW焊管的收得率，使原来86%左右的收得率增加到目前的90%以上。

铣边机不停机换壁厚功能程序逻辑波形测试（生产线速度20 m/min，铣后宽度由865 mm改为862 mm）如图4所示。

图4 不停机换壁厚功能程序逻辑波形测试

从图4可以看出，铣边机动态调整铣边宽度的功能效果良好，快速有效。

宝钢股份钢管条钢事业部HFW焊管生产线的动态调整铣边宽度的功能是在原有机械设备不变的情况下通过程序逻辑改进而实现的。通过对板卷之间横焊缝的位置跟踪，确定横焊缝到铣边机的距离；在更换生产规格、需要改变钢板的铣切宽度时，自动调整左右刀盘位置，实现了不停机自动改变钢板的铣切宽度功能，具有一定的创新性。

该功能可在生产线速度20 m/min以下、单边铣后宽度调整量小于5 mm和生产壁厚12 mm以下薄壁产品时使用，但由于不同铣边机的机械结构不同，并且左右刀盘油缸移动的速度和精度控制存在不确定性，因此同类企业若要实施该技术必须经过充分的验证。