基于PLC的高精度飛剪控制系統

摘 要：軋鋼過程中，飛剪系統控制水平的高低對于提升軋鋼行業的技術水平具有重要作用，本文將就PLC在飛剪系統中的應用展開說明。

關鍵詞：PLC；飛剪；控制系統；精度

在線材軋制過程中，對鋼坯的要求較高，因而鋼坯頭部（或尾部）的不規則部分以及溫度低的部分需要通過剪切去除，以確保軋制工序的順利進行。就我國當前控制系統的剪切水平而言，剪切定位不精確、運行期間穩定性差、剪切速度不高等問題還普遍存在，影響了我國線材軋制水平的提高。隨著科學技術的不斷提升，可編程控制系統（PLC）在工業、機械制造等多個領域得到廣泛應用，在提升制造行業的可靠性和專業性方面具有巨大的優勢。如可利用PLC提升飛剪控制精準度，是本文主要解決的問題。

1 飛剪控制系統組成及控制

1.1 飛剪系統介紹

高線飛剪多采用回轉剪，剪切時速度快、剪切軋件半徑小。軋件以一定的速度進入，經兩側熱檢后，進入設在第12號和底13號機架之間的飛剪。剪機根據上游發布的信號設定剪切長度，利用專業的計算軟件計算出剪切周期，剪機按照預設周期運行，完成對軋件的剪切。

1.2 飛剪控制系統

1.2.1 組成 飛剪控制系統包括兩臺PLC，其中主控PLC的型號為GE 90-30，用以采集軋線信息的PLC型號為90-70，兩臺機器通過工業以太網進行連接。主控PLC框架中包括六個模塊，分別為電源模塊、364CPU模塊、軸定位模塊、高速計數器模塊、數字量輸入模塊和輸出模塊。軋件剪切前機架編碼器信號計數、用以捕捉軋件頭尾的熱金屬檢測器信號的處理工作是由高速計數器模塊完成的。剪刀機電機轉速、夾送棍電機轉速、剪刀機角度等參數的控制由軸定位模塊輸出和完成。飛剪參數的設置、飛剪運行的監控可通過觸摸屏完成，一般觸摸屏選用GP系列的工業觸摸屏，由電源模塊上的兼容串行接口與PLC進行通訊；剪前機架的編碼器信號經過編碼分配器時，將信號分為幾部分，其中一路進入飛剪控制PLC，用來計算軋件的運行速度；同時，經過飛剪傳動電機編碼器處理的信號再次分配，一部分進入PLC用來計算飛剪角度的控制，另一路用來傳動裝置閉環控制。熱金屬檢測器是用來檢測熱金屬運動方向和頭、尾出現時刻的裝置，是現場檢測信號的主要來源。機架、飛剪的直流電動機的整流器可采用相同的信號，一般采用西門子6RA70 SIMOREG DCMASTER系列整流器。

1.2.2 控制原理 常規剪切系統中存在的主要問題是剪切定位準確度不高，運行穩定性差、剪切速度緩慢等，而飛剪控制系統則通過軟、硬件的配合，將上述問題進行有效消除。其控制原理如下：首先，軋件頭部剪切超前問題和尾部滯后問題的解決。軋件頭部剪切時，剪機的啟動或停止應利用預先設定的控制系統進行控制，并且剪切機剪刃的水平分速度應等于或大于軋件速度；而在對軋件尾部進行剪切時，則應使分速度小于軋件速度。其次，軋件進速問題的解決。軋件進入剪切機前的速度可通過輥徑法或測量法進行計算。輥徑法計算的依據為剪前機架壓輥直徑、電機轉速和機械速度比三相參數；測量法原理為：飛剪前兩個安裝熱金屬檢測器，高速計數器自軋件頭部或尾部到達第一個熱金屬檢測器時開始計數，到頭、尾信號到達第二個熱金屬檢測器時終止，兩次計數值對應兩個熱金屬檢測器之間的長度距離，據此計算軋件在每個脈沖周期中走過的距離。在實際生產中，兩種方法可同時采用，互補優勢，使剪切長度得到精確的控制。最后，飛剪啟動問題的解決。飛剪速度基準值根據飛剪前機架速度的基準值和超前系數計算而得，超前系數可根據生產需求進行調節，當第一個熱金屬檢測器檢測到軋件頭部或尾部時，PLC系統即可開啟速度基準值的計算。飛剪電機采用恒加速方式啟動，然后根據剪刃從原位啟動加速到達到剪切位置的時間，計算出系統發出飛剪啟動指令的最佳時機。

1.3 控制系統軟件設計

軟件程序由軋線信號及處理、軋件頭部和尾部剪切操作、飛剪驅動、夾送輥操作、報警等幾大模塊組成。系統軟件要解決的核心問題是對剪切過程中產生的各種檢測信號進行準確判斷，并根據信號對相應設備的操作進行自動化控制，這種自動化控制是通過以上幾大模塊的協調作用，依次完成接收信號、分析信號、處理完畢后，控制各對應設備的啟動、制動等系列操作。

1.3.1 PLC程序設計 本次設計飛剪系統的PLC程序采用的編寫軟件為Logicmaster 90，利用模塊化方式進行程序編寫。其中，主程序中包含的模塊如圖1所示。

1.3.2 觸摸監控器畫面制作與功能 此次控制系統的觸摸監控器的觸摸畫面采用Pro2face顯示，在HM I畫面中可完成多項操作功能，如剪切超前、滯后，控制切頭或切尾長度的功能；熱檢信號監控功能；切尾、切頭、切廢選擇功能；剪切位置監控功能以及應急剪切選擇功能等，另外還能完成HM I參數，按鈕和PLC之間的交互通訊功能。

2 總結

在軋鋼電氣工程中，飛濺控制系統是最復雜、涉及面最廣的組成部分，在軋鋼過程中，做好準確、可靠的控制系統，對于提升我國整體軋鋼水平具有十分重要的作用。利用PLC控制系統，提升飛剪控制系統的可靠性、準確性、先進性，不僅可以提高軋件的剪切質量，對于減少金屬資源浪費，提高軋鋼行業的生存率，也具有十分重要的意義。

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作者簡介：王克亮，1974年出生，1996年參加工作至今主要從事冶金傳動、自動化專業工作，目前在北方工業大學就讀在職工程碩士，控制工程專業，主要研究方向為軋鋼控制，學號2014331110108。