高速棒材軋機和線材軋機中飛剪的自動控制

周剛

摘 要：文章分析了某公司高速棒材軋機和線材軋機飛剪的控制特點及調試，主要介紹了飛剪電氣自動控制系統，并對速度控制和速度補償進行了分析。

關鍵詞：高速棒材軋機；線材軋機；飛剪；自動控制

中圖分類號：TG333.21 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）20-0157-01

在熱連軋中，理論上應該能夠控制剪切時序，使飛剪刀片與坯料之間的精確度以及剪切速度得以確保，進而使坯料在加工過程中不會出現切得過長、過短、彎頭或彎尾等現象，從而保證產品的尺寸。但是在實際軋制過程中影響飛剪精確剪切的因素很多，例如孔型變化、軋制速度等，彎頭或彎尾現象的出現不可避免。高速棒材軋機和線材軋機的通病就是在軋制過程中坯料會出現漏剪、過長過短、彎頭或彎尾等不足，會導致降低成品的成材率，引起全線堆鋼。對于對高線廠而言，則會影響集圈區，對小連軋棒材倍尺剪而言，則會引起成品的彎曲。為了提高軋制產品的合格率，保證產品的尺寸精度，現階段采用直流控制法控制兩者的飛剪。采用直流控制對控制電機和控制系統提出了更高的要求，也是保證軋機高通過率的關鍵。隨著變頻技術的發展和控制精度的提高，飛剪的控制方式已開始向交流變頻發展。本文主要介紹了某公司飛剪電氣自動控制系統、飛剪的自動控制以及高速棒材軋機和線材飛剪安裝調試的經驗。

1 高速棒材軋機和線材軋機飛剪控制系統的組成

該公司高速棒材軋機和線材軋機飛剪各有三臺，均勻分布于精軋區（高速棒材軋機飛剪兩臺、線材軋機飛剪兩臺）和粗軋區（高速棒材軋機和線材軋機飛剪各一臺）。無論是高速棒材軋機飛剪還是線材軋機飛剪的控制系統都分為上、中、下三級，上級為操作站設定級、中間為過程控制級、下方為傳動執行級。

操作站設定級主要作用是對加工參數進行設定，通過畫面設定該飛剪是否動作、定尺長度、切頭或切尾、速度糾正因子等。該公司高線飛剪的操作站用GE的Cimplicity。小連軋飛剪的操作站用ABB的Advant-station。

小連軋飛剪的過程控制站用ABB的MP260，作用是完成與飛剪自動控制相關的物料跟蹤的時序互鎖、剪切長度控制算法、速度設定等任務。高線飛剪過程控制站采用INNOVATION CONTROLLER（即UC）。小連軋飛剪、高線飛剪的傳動執行級分別有DCV700全數字直流調速裝置、INNOVN-TION DRIVE全數字交流調速裝置完成。兩種系統的操作原理基本一致，差別在于GE的控制元件接至傳統控制柜內，這樣的優點是系統對外部檢測元件的響應更快，使剪切精度更高，而ABB的控制元件接至PLC上，由PLC完成運算。

2 高速棒材軋機和線材軋機飛剪的自動控制

從工作原理上講，飛剪速度是根據過速因子、軋線速度、刀片直徑和齒輪箱速比進行計算的，從而形成飛剪的速度參考值，并將該值的百分比信號傳給裝置形成裝置的速度參考值。在ABB系統、GE系統中分別通過總線Master Field Bus90、IS BUS總線將百分比信號傳給調速裝置、INNOVA-TION DRIVE全數字交流調速裝置。

ABB飛剪自控具有定位和時鐘功能，控制著飛剪開始動作、加速和激活同步的時間。定位功能、時鐘功能分別對應著DSDP140B定位板、DSDP150時鐘板。時鐘板和定位板的作用是分別是計算出加速時間并傳給定位板、產生速度參考值及加速補償值，并將該值傳給控制裝置。

在GE系統中，將HMD信號和定位開關，直接接入 INNOVATIONDRIEV的ATBA板上，由傳動柜的DSPX板完成控制任務和與PLC的信息交換。在生產過程中，減速箱的齒輪間隙會導致刀片位置的移動，工作一段時間后需要對其進行糾正，不然會導致剪切失敗而堆剛。通過生產實踐探究，利用飛剪每轉一圈檢測到的一個脈沖，以識別刀片的位置并進行自動校正。該識別脈沖的安裝原則是低速區安裝，不能安裝在高速區。當傳動系統接到來自PLC的啟動剪切命令后，刀片向剪切位置以計算所需的剪切速度，刀片進入剪切位置時的速度已達到預定的參考值。當刀片到達剪切完成位置后，系統立即將速度控制模式轉換成位置控制模式，刀片減速運行到零位，準備下一次剪切。

ABB和GE兩種系統出于生產安全考慮都需要設置報警參數，兩種系統設置的報警參數分別為：DSDP14B、DSDP150故障、啟動失敗以及接近最大轉距等；過電流IOS、IOA、IOB和位置出錯等。

3 切頭和切尾預定時間的計算

飛剪的操作是由HMD激發的，對于不同剪切要求進行預設定。假如HMD與刀片閉合之間的距離、要求的切頭長度、切尾長度、軋制速度、刀片與棒材接觸點到刀片閉合之間的距離分別為L、Lh、Lt、Vm、S、tF，則切頭預定時間tph為tph=（L-S+Lh）/Vm-tF，切尾預設定時間為tpt=（L-S- Lt）/ Vm-tF。

4 安裝調試經驗

4.1 高速棒材軋機飛剪

高速棒材軋機的剪切速度在1.0～18 m/s之間，與之對應的棒材規格為10～40 mm。高速棒材軋機飛剪在工作時有兩種方式即回轉方式和曲柄方式。兩種方式所適用的范圍不同，通常情況下速度較高時采用回轉方式，軋制35 mm以上的大規格采用曲柄方式。生產實踐表明，在回轉方式下，合上傳動柜進入開始狀態，此時飛剪工作就會產生震動，但轉換為曲柄方式卻不會發生這種現象。生產實踐表明，產生此現象的原因可能是回旋方式飛剪速度過高。

4.2 高速線材軋機飛剪的GE系統

GE軟件中能計算出系統的慣量，但存在誤差，所以這個慣量要根據實際生產經驗進行評估。在GE系統中有控制系統本身響應的變量，調試時要格外重視，特別是高速線材軋機飛剪的響應。高速線材軋機飛剪的速度高慣量大，在實際操作中要注意力矩的跟隨性。

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