TW201410348A - 輥軋機側出料式之捲線機之轉速控制系統 - Google Patents
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Abstract
一種輥軋機側出料式捲線機自動控制系統,用於至少部分基於接近側出料式捲線機的輥軋物料產品的前送速度的動態調節側出料式捲線機轉速。產品前送速度係由控制系統偵測,該控制系統依次使用被偵測的前送速度以調整側出料式捲線機穩定狀態轉速和/或轉速的擺動震盪。控制系統較佳調節一封閉的回饋環路中的產品前送速度和捲軸轉動速度之間的相關關係。
Description
本發明的實施例相關於輥軋機中的側出料式捲線機,且更相關於自動控制系統,該自動控制系統用於至少部分基於接近被系統偵測的側出料式捲線機的輥軋物料產品的前送速度,動態調節側出料式捲線機轉速。
在軋鋼廠的作法中,通常盤繞輥軋物料產品S(例如,圓形棒,具有大約25毫米(1英吋)或更大的直徑)於一所謂“側出料式捲線機”中的螺旋結構中。一典型側出料式捲線機具有一垂直指向、頂部開放的筒部分以及一中心垂直指向的心軸,該心軸界定一通常為環形的空間於其間。該心軸和/或筒可包含堅硬外表面或複數隔離的長條或類似物。一例示側出料式捲線機架構係顯示且敘述於美國專利第3,020,000號,其所有內容係在此併入做為參考。
已知的側出料式捲線機係轉動於一指定的速度速率ω以接收和盤繞一前送速度或速率VS沿著輥軋線前送的產品。為了精簡側出料式捲線機中的產品效率,通常需要徑向盤繞產品螺旋線於心軸和筒之間的一列,
然後藉由環繞於相反的徑向方向形成一新列於前一列之上。來回地進行徑向環繞直到筒被填至一需要的程度。在完成筒充填之前一上游的剪切機構剪切產品,因此被剪切的遠端係最終捲入筒中。
徑向盤繞產品物料於一列內係藉由以一速率和頻率的重複的震盪“擺動”的模式改變捲軸轉速完成,該模式係疊加於捲軸的穩定狀態轉速上。擺動轉速變化依次比例地改變產品物料S上的向外指向的徑向離心力(Fcen S),該產品物料S係被捕捉在筒和心軸之間的環形空間內。
產品前送速度VS和側出料式捲線機轉速ω(穩定狀態和擺動的組合)之間的關係和協調對於最佳化盤繞的產品繞組和品質是重要的。若產品前送速度相對於捲軸轉速係太大,在產品可被有效地捲繞之前,過長的產品將會被引入側出料式捲線機環形空間,在撞擊或隨後的捲繞期間相對於筒可能產生刻痕或疤痕於產品。當完成的卷材從側出料式捲線機分離時,在卷材束中的外圈亦可能由於與筒內徑的滑動接觸被刻傷。在最壞的情形中,過量的產品物料可能擠塞於側出料式捲線機內,實際上關閉輥軋機線直到擠塞的材料被移除以及任何損壞的設備被修護。
相反地,若捲軸轉速相對於產品進入側出料式捲線機的前送速度是太快,產品可能被緊緊捲繞,在捲料操作期間或當卷材被卸載期間被盤繞的產品從心軸分離時,由於與心軸接觸可能產生產品的刻痕和疤痕。
捲繞期間過量的張力可能導致物料產品拉伸至一低於規格的直徑。對於一特定產品前送速度,捲軸轉動和擺動速率一般係預設,因為一操作者具有任何一個的有限的調整以回應盤繞操作性質中的變化。
在一卷材被形成之後盤繞操作的品質被監控,但在由一操作者的卷材形成期間不被即時控制。一操作者不能直接觀察產品如何正盤繞於側出料式捲線機內。在一卷材束形成和從側出料式捲線機移除之後,操作者才能觀察卷材如何被包覆於側出料式捲線機內的事實,且具有有限的人類控制以調整一未來卷材形成的側出料式捲線機的擺動震盪(亦即,不是在即時在一特定卷材形成期間)。因為人類控制不包含有關沿著輥軋機線的產品前送速度的的即將來臨的變化的資訊,人類控制本質上亦係反應性的。
因而,本發明的實施例包含一輥軋機側出料式捲線機自動控制系統,用於至少部分基於接近側出料式捲線機的輥軋物料產品的前送速度的動態調節側出料式捲線機轉速。產品前送速度係由控制系統偵測,該控制系統依次使用被偵測的速率以調整側出料式捲線機穩定狀態轉速和/或轉速的擺動震盪。控制系統較佳調節產品前送速度和捲軸轉速之間的相關關係於一封閉的回饋環路中。
另一例示實施例包含一盤繞輥軋產品於一輥軋機側出料式捲線機中的方法,在進入一具有偵測系統
的側出料式捲線機之前,藉由偵測輥軋產品的實際前送速度;以及至少部分基於輥軋產品的被偵測的前送速度,動態改變側出料式捲線機實際轉速。
藉由一輥軋機側出料式捲線機的控制系統,依據本發明可得到這些和其它的實施例,該控制系統包含一側出料式捲線機控制器,用於操作性耦合一輥軋機側出料式捲線機驅動系統,用於藉由輸出一參考轉速至驅動系統,動態改變側出料式捲線機實際轉速,使驅動系統符合實際轉速於參考轉速。控制系統亦具有一偵測系統,該偵測系統耦合側出料式捲線機控制器,用於在輥軋產品進入一側出料式捲線機之前偵測輥軋產品的前送速度,以輸入前送速度資訊至控制器。當側出料式捲線機控制器操作性耦合一輥軋機側出料式捲線機時,至少部分基於被偵測的前送速度,側出料式捲線機控制器動態改變參考轉速。在一些實施例中側出料式捲線機控制器更包含一封閉環路控制系統,該封閉環路控制系統利用前送速度作為其一輸入且產生參考轉速作為其一輸出。在一些實施例中封閉環路控制系統利用一控制功能,該控制功能係選自比例-積分-微分控制和可適性控制所組成的群組。在一些實施例中偵測系統係選自由超音波偵測器、都卜勒感應器、光學偵測器和雷射光學偵測器所組成的群組。在其它實施例中,當產品通過以下的個別的滾輪時,一個以上驅動側出料式捲線機之前的最後台和/或夾送輥的馬達的轉速係關聯於產品前送速度。
本發明的特徵可被聯合或分開地應用於任何組合或次組合。
本發明的實施例的更多特徵和由其所提供的優點,參照圖示於所附的圖示特定實施例更詳細說明於下,其中相同元件被標示予相同參考符號。
10‧‧‧輥軋機
20‧‧‧輥軋站
22‧‧‧被驅動水平滾輪
24‧‧‧被驅動垂直滾輪
30‧‧‧剪切站
40‧‧‧側出料式捲線機站
42‧‧‧槽裝置
50‧‧‧最後輥軋台/最後台
52‧‧‧馬達
54‧‧‧驅動器/控制器
60‧‧‧夾送輥
62‧‧‧馬達
64‧‧‧驅動器/控制器
66‧‧‧引導器
70‧‧‧側出料式捲線機
72‧‧‧筒
74‧‧‧心軸
76‧‧‧馬達
78‧‧‧驅動控制器
80‧‧‧偵測器系統
80’‧‧‧編碼器
86‧‧‧通訊路徑
88‧‧‧通訊路徑
90‧‧‧側出料式捲線機控制器
92‧‧‧雙向通訊資料匯流排
94‧‧‧人機介面
100‧‧‧控制器平台
110‧‧‧處理器
120‧‧‧控制器匯流排
130‧‧‧記憶體裝置
140‧‧‧操作系統
150‧‧‧應用程式
160‧‧‧輸入介面
170‧‧‧通訊介面
180‧‧‧輸出介面
ωR‧‧‧實際轉速
ωR REF‧‧‧參考轉速
VS‧‧‧前送速度/前送速率
S‧‧‧物料/產品
藉由考慮以下詳細的說明結合所附圖式,本發明的教示可被容易理解,其中:第1圖係顯示一依據本發明的一例示實施例的藉由側出料式捲線機控制系統所控制的具有側出料式捲線機的輥軋機的概略圖;第2圖係顯示一依據本發明的一例示實施例的包含有一輥軋物料產品前送速度偵測器系統的側出料式捲線機控制系統的概略圖;第3圖係顯示一依據本發明的一例示實施例的包含有一輥軋物料產品前送速度偵測器系統的側出料式捲線機控制系統之另一實施例的概略圖;第4圖顯示一依據本發明的一例示實施例的一側出料式捲線機控制系統中所利用的一電腦或控制器的概略圖;第5圖顯示一依據本發明的一例示實施例的輥軋物料前送速度VS的改變之前或之後的盤繞捲軸轉速和擺動震盪頻率ωR的改變之圖;以及第6圖係顯示一依據本發明的一例示實施例的從側出料式捲線機控制系統控制器輸送至盤繞捲軸轉動驅動
系統的參考或標的盤繞捲軸轉速和擺動震盪頻率ωREF的改變的概略圖。
為了有助於理解,若可能,相同的符號被使用以指定圖式共有的相同元件。
在考慮以下的說明之後,熟知本行業技藝人士會清楚瞭解本發明的教示可被輕易地使用輥軋機側出料式捲線機自動控制系統,該系統用於動態調節側出料式捲線機旋轉速率,該速率係至少部分基於接近側出料式捲線機的輥軋物料產品的前送速度。產品前送速度係被控制系統偵測,該控制系統依次用使被偵測的前送速度以調整側出料式捲線機穩定狀態轉速和/或轉速的擺動震盪。控制系統較佳調節在一封閉回饋環路中的產品前送速度和捲線機旋轉速率之間的相關關係,該相關關係係可選擇性地被自動和/或即時進行。
輥軋機側出料式捲線機操作環境
第1圖描繪輥軋細長產品物料S的一輥軋機10。輥軋機10包含一輥軋站20,該輥軋站20依次包含複數正交指向的被動滾輪,在此圖中該等被動滾輪係被驅動水平滾輪22和垂直滾輪24。滾輪22、24並不必須垂直和水平指向,只要它們維持90°相對指向即可。產品S被在最後輥軋台50中一對滾輪向前移動出輥軋站20。最後台50的滾輪係由一個以上的馬達52驅動,該等馬達52係由驅動器/控制器54提供動力。最後台50亦可併入滾輪分縫(亦即,滾輪間的間隙,產品S經其通過)
偵測和調整機構,如每一滾輪的雙向箭頭(在第2圖中)所描繪者。具有前送速度VS的前送產品S從最後台50通到剪切站30,該剪切站30用於剪切產品S至一需要的長度。在很多已知的輥軋機中,剪切站30的下游的一分路開關導引產品至一對平行的側出料式捲線機站40中的兩者之一,因而當一完整的卷材從另一站被卸載時,每一側出料式捲線機站另外接收產品。為了簡化起見,第1圖未顯示已知的分路開關或第二側出料式捲線機站。在分路開關(未圖示)退出產品S至顯示於第1圖中的側出料式捲線機站後,槽裝置42接收產品,其中產品隨後被前送至一對夾送輥60。夾送輥60由馬達62和驅動器/控制器64提供動力。
離開夾送輥60的產品S通經引導器66且貯存於側出料式捲線機70。側出料式捲線機70具有一筒72和心軸74,且被一個以上的馬達76和驅動控制器78旋轉驅動於轉速ωR。如眾所周知,產品S的實際前送速度VS和實際轉速ωR的配合產生側出料式捲線機70內的產品的盤繞。輥軋機10的構件20-78係為已知的操作和構造的。在已知的輥軋機10的操作模式中,在隨後形成的卷材中試圖維持滿意的盤繞,反應上游導致的實際前送速度VS的變化,一操作者監控側出料式捲線機70內的產品S的盤繞且進行有限範圍的穩定狀態轉速或震盪/擺動調整(在一完整的卷材的檢查之後)。然而,如前面所提及,在已知系統中此種調整並非即時且不影響現正被形成於側出料式捲線機70中的卷材的形成。
側出料式捲線機控制系統
側出料式捲線機被顯示於第2-4圖中。當產品接近引導器66和側出料式捲線機70時,偵測器系統80偵測實際產品S前送速度。如第2圖所示,偵測器系統80在最後台50和夾送輥60之間可被確定方位。很多適合應用於輥軋機操作環境的速度偵測器可被利用,非限制性地例如包含超音波偵測器、都卜勒感應器、包含雷射光學偵測器的光學偵測器。另外,如第3圖所示,速率偵測器功能可藉由將由編碼器80’量測的夾送輥60馬達62轉速ω60與產品S前送速度聯繫起來而被達成。在第3圖的實施例中編碼器80轉速ω60資訊係被側出料式捲線機控制系統使用以非直接決定產品S前送速度VS。夾送輥馬達轉速ω60則藉由側出料式捲線機控制系統與產品前送速度VS密切關聯。
側出料式捲線機控制系統亦具有一側出料式捲線機控制器90,其被顯示為一可程式邏輯控制器(PLC)。其它型式的控制器可代替PLC,包含個人電腦和專用硬體控制器。PLC接收產品S前送速度VS資訊,該資訊經由通訊路徑86來自偵測器系統80且基於該前送速度動態地決定一盤繞捲軸參考轉速ωR REF以使用已知的計算或經驗上的或統計方法論獲得需要的產品S盤繞規格。參考轉速通常係一穩定狀態速率和一覆加的震盪或擺動速率剖線的合成以獲得側出料式捲線機70內的產品S的被徑向引導的盤繞。PLC90可自動和/或即時動態地變化盤繞捲軸參考轉速ωR REF。
如第2和3圖所示。側出料式捲線機控制器90可利用一封閉控制環路,該環路具有實際產品速率VS作為一輸入以及需要的捲軸參考轉速ωR REF作為一輸出。很多已知工業製程控制功能或方法論可被捲軸控制器PLC利用以決定需要的捲軸參考轉速ωR REF,該工業製程控制功能或方法論係非限制例如包含比例一積分一微分控制、可適性控制和人工神經網路控制。被計算的參考轉速ωR REF係可經由通訊路徑88輸出至盤繞捲軸驅動控制器78/馬達76,該盤繞捲軸驅動控制器78/馬達76將盤繞捲軸實際轉速ωR符合需要的參考速率。產品前送速度VS、需要的捲軸參考轉速ωR REF的決定以及實際轉速ωR的回應變化係由自動側出料式捲線機控制系統動態地和連續地(選擇性地自動地和/或即時)進行。
若需要,被偵測的產品前送速度或速率的改變、側出料式捲線機實際轉速ωR或其它操作資訊可經由一通訊路徑,例如為雙向通訊資料匯流排92,被側出料式捲線機控制器90通訊至其它裝置,例如人機介面(HMI)94或其它輥軋機控制器。使用第3圖的速率偵測系統80的實施例的例子,若一分離的輥軋機夾送輥控制器監督夾送輥60驅動器64的操作以及具有有關該驅動器轉速ω60的資訊,該轉速資訊可經由資料匯流排92被通訊至側出料式捲線機控制器90。捲軸控制器90可依次將夾送輥或它們的驅動器60轉速資訊ω60與正通過夾送輥的產品S前送速度VS聯繫起來。
請參閱第4圖,側出料式捲線機控制器PLC
90具有一控制器平台100,該控制器平台100包含一處理器110和一與其通訊的控制器匯流排120。處理器110係耦合一個以上的內部或外部記憶體裝置130,該記憶體裝置130於其中包含操作系統140和應用程式150非瞬態軟體模組指令組,該指令組由處理器存取和執行,且使側出料式捲線機控制器90基於產品前送實際速率VS進行側出料式捲線機實際轉速ωR控制操作的前面所述的動態變化。用於進行在此所述的側出料式捲線機控制功能的非瞬態軟體模組指令組,該指令組可被儲存於一軟體儲存媒介裝置上且接著載入控制器平台記憶體裝置。
雖然參照一例示控制器平台100架構和藉由被處理器110所執行的軟體模組的實施。本發明的觀點可實施於各種型式的硬體、軟體、韌體、特別目的的處理器或其等的組合。較佳地,本發明的觀點係實施於軟體為一實際記體現於一程式儲存裝置上的程式。程式係可上載至一機械且可由其執行,該機械包含任何合適的架構。較佳地,機械係實施於一電腦平台上,該電腦平台具有硬體,例如一個以上的中央處理單元(CPU)、一動態隨機存取記憶體(RAM)、以及輸入/輸出(I/O)介面。電腦平台100亦包含一操作系統以及微指令碼。在此所述的各種製程和功能可以不是微指令碼的部分就是經由操作系統所執行的程式(或其組合)的部分,此外,各種其它周邊裝置係可連接電腦/控制器平台100。
應理解的是,因為描繪於所附圖式中的組成
系統構件和方法步驟中的一些係較佳實施於軟體中,依據其中本發明被程式化的方式,系統構件(或製程步驟)之間的實際連結可以不同。具體地,使用任何現存或稍後被發現的網路技術的任何電腦平台或裝置可被連結於其間且藉由一較大的網路系統,例如一企業網路、都會型區域網路或例如網際網路的全球網路,所有亦可被連結。
電腦/控制器平台100藉由輸入介面160經由個別的通訊路徑I’從一個以上的輸入裝置I接收輸入通訊,該輸入介面依次可經由控制器匯流排120分配輸入資訊。控制器平台100亦具有一通訊介面170,該通訊介面170用於與一例如資料匯流排92的共用的外部資料匯流排上的其它控制器通訊。輸出介面180有助於經由相關的通訊路徑O’與一個以上的輸出裝置O通訊。在本發明中側出料式捲線機控制系統控制器90中的電腦/控制器平台100係結合包含速率偵測器系統80和其相關的通訊路徑86的輸入裝置I/相關的輸入通訊路徑I’。結合該電腦/控制器平台100的輸出裝置O/相關的輸出通訊路徑O’包含需要的捲軸參考轉速ωR REF,該需要的捲軸參考轉速ωR REF係藉由通訊路徑88被通訊至側出料式捲線機70馬達76/驅動控制器78。
本發明的側出料式捲線機控制系統的操作回應係描述於第5和6圖的代表性的速率和頻率圖。第5圖顯示實際產品前送速度VS和側出料式捲線機實際轉速/擺動震盪頻率ωR。第6圖顯示基於從速度偵測系統80
所接收的產品S前送速度VS資訊,由側出料式捲線機控制器90所決定的需要的捲軸參考轉速ωR REF。比較該兩圖,產品S前送速度VS的下降改變(例如,降低)需要的捲軸參考轉速ωR REF,該需要的捲軸參考轉速ωR REF依次改變實際側出料式捲線機轉速ωR。
雖然在此業已顯示及說明帶有本發明教示之各個實施例,熟於本技藝人士可容易構思出仍帶有此等教示之許多其他不同實施例。
10‧‧‧輥軋機
20‧‧‧輥軋站
22‧‧‧被驅動水平滾輪
24‧‧‧被驅動垂直滾輪
30‧‧‧剪切站
40‧‧‧側出料式捲線機站
42‧‧‧槽裝置
50‧‧‧最後輥軋台/最後台
52‧‧‧馬達
54‧‧‧驅動器/控制器
60‧‧‧夾送輥
62‧‧‧馬達
64‧‧‧驅動器/控制器
66‧‧‧引導器
70‧‧‧側出料式捲線機
72‧‧‧筒
74‧‧‧心軸
76‧‧‧馬達
78‧‧‧驅動控制器
Claims (20)
- 一種在一輥軋機之側出料式捲線機中盤繞一輥軋產品的方法,包含:在進入一側出料式捲線機之前,以一偵測系統偵測該輥軋產品的前送速度;以及至少部分基於該輥軋產品的該被偵測的前送速度動態地改變側出料式捲線機實際轉速。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中該動態改變的步驟係被進行於一封閉環路控制系統中,該封閉環路控制系統利用該前送速度作為一輸入以及輸出一參考轉速,該側出料式捲線機會利用該參考轉速以調整其實際轉速。
- 如申請專利範圍第2項的方法,其中該封閉環路控制系統利用一控制功能,該控制功能選自由比例-積分-微分控制、可適性控制和人工神經網路控制所組成的群組。
- 如申請專利範圍第3項的方法,其中該偵測器系統係選自由超音波偵測器、都卜勒感應器、光學偵測器、雷射光學偵測器所組成的群組,且將輥軋機滾輪轉速與正通經該等滾輪的該輥軋產品前送速度聯繫起來。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中基於該輥軋產品的該被偵測的前送速度,該動態改變步驟係自動進行。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中該動態改變步驟基於該輥軋產品的被偵測的前送速度係即時進行。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中該偵測器系統係一非接觸性偵測系統,選自由超音波偵測器、都卜勒感應器、光學偵測器、雷射光學偵測器所組成的群組,且將輥軋機滾輪轉速與正通經該等滾輪的該輥軋產品前送速度聯繫起來。
- 如申請專利範圍第1項的方法,其中該動態改變步驟基於該輥軋產品的被偵測的前送速度係自動且即時進行。
- 一種電腦軟體儲存媒介裝置,包含:非瞬態軟體,係儲存於一非揮發性儲存媒介,用於操作一耦合該側出料式捲線機的輥軋機側出料式捲線機實際轉速控制系統,該控制系統具有耦合一記憶體裝置的處理器,控制系統可從該媒介取得和儲存該軟體的一副本且令該處理器執行該軟體以藉由以下步驟控制該側出料式捲線機實際轉速:在進入該側出料式捲線機之前,利用耦合其之速度偵測器,決定該輥軋產品的前送速度;以及至少部分基於該輥軋產品的前送速度,動態改變側出料式捲線機實際轉速。
- 如申請專利範圍第9項的裝置,其中該軟體利用一封閉環路控制系統使該處理器進行該動態改變步驟,該封閉環路控制系統利用該前送速度作為一輸入於其中且輸出一參考轉速,該側出料式捲線機會利用該參考轉速以調整其實際轉速;該封閉環路控制功能選自比例-積分-微分控制、可適性控制和人工神經網路控 制所組成的群組。
- 一種輥軋機側出料式捲線機的控制系統,包含:一側出料式捲線機控制器,用於操作性耦合一輥軋機驅動系統,以藉由輸出一參考轉速至該驅動系統動態改變側出料式捲線機實際轉速,使該驅動系統符合該實際轉速於該參考轉速;以及一偵測系統,耦合側出料式捲線機控制器,用於在輥軋產品進入一側出料式捲線機之前,偵測該輥軋產品的前送速度,以輸入前送速度資訊至該控制器;其中該側出料式捲線機控制器至少部分基於該偵測器前送速度動態改變該參考轉速。
- 如申請專利範圍第11項的系統,其中該側出料式捲線機控制器更包含一封閉環路控制系統,該封閉環路控制系統利用該前送速度作為其一輸入且產生該參考轉速作為其一輸出。
- 如申請專利範圍第12項的系統,其中該封閉環路控制系統利用一控制功能,該控制功能選自由比例-積分-微分控制、可適性控制和人工神經網路控制所組成的群組。
- 如申請專利範圍第13項的系統,其中該偵測器系統係一非接觸性偵測系統,選自由超音波偵測器、都卜勒感應器、光學偵測器、雷射光學偵測器所組成的群組,且將輥軋機滾輪轉速與正通經該等滾輪的該輥軋產品前送速度聯繫起來。
- 如申請專利範圍第11項的系統,其中基於該輥軋產 品的該被偵測的前送速度,該動態改變步驟係自動進行。
- 如申請專利範圍第11項的系統,其中基於該輥軋產品的該被偵測的前送速度,該動態改變步驟係即時進行。
- 如申請專利範圍第11項的系統,係操作性地耦合一輥軋機,包含:複數輥軋台,用於輥軋細長的產品物料成一輥軋;一夾送輥,位於該輥軋台的下游,用於前送該輥軋產品製複數捲軸,其中該偵測系統係接近指向該夾送輥以偵測產品前送速度;一側出料式捲線機,位於該夾送輥的下游,用於接收和盤繞輥軋產品於其中;一側出料式捲線機驅動系統,耦合該側出料式捲線機,用於基於從該側出料式捲線機控制器所接收的參考轉速輸出,轉動該側出料式捲線機至一實際轉速。
- 如申請專利範圍第17項的系統,其中該側出料式捲線機控制器更包含一封閉環路控制系統,該封閉環路控制系統利用該前送速度作為其一輸入且產生該參考轉速作為其一輸出。
- 如申請專利範圍第17項的系統,其中基於該輥軋產品的該被偵測的前送速度,該側出料式捲線機控制器自動動態改變該參考轉速。
- 如申請專利範圍第17項的系統,其中基於該輥軋產品的該被偵測的前送速度,該側出料式捲線機控制器動態地改變至少一輥軋台滾動分離間隙。
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