棒材飛剪的自動化控制

張麗麗

本文分析了棒材飛剪的原理，闡述了系統硬件和網絡的配置要求，講解了利用PLC控制系統進行棒材飛剪的自動化控制的功效，希望對提高棒材飛剪自動化控制水平有所幫助。

【關鍵詞】飛剪 自動化控制 PLC

在對棒材進行連軋生產中，經常出現拉鋼或者堆鋼現象，嚴重影響了生產的速度。飛剪是連軋生產中的關鍵設備，對于整個生產線的連續生產有著重要的作用，提高飛剪控制系統的穩定性以及控制效率，可以有效提高整體的生產量，增強經濟效益。

1 飛剪原理

飛剪是按照相關尺寸需求對于運行中的軋件進行剪切的機器，可以快速切斷鐵板、鋼管等材料，在冶金行業應用十分廣泛。在棒材飛剪過程中，由于特殊的工藝需求，有連續式、間歇式、起停式幾種剪切方式，這些剪切方式要求電機一直處于間歇性工作狀態，一小時接通次數甚至能達到數百次，導致電機非常容易出現過載現象，所以飛剪設備對其自身的控制系統要求非常高，首先必須要有快速啟停功能，其次必須要控制精準，能進行準確的剪切定位。飛剪在整個工藝流程中有切頭、分段、切尾的作用，飛剪的電機上面可以實時檢測剪刃的位置以及速度，配備有熱金屬檢測器可以有效對鋼件的頭尾進行區分。飛剪上的控制系統可以根據金屬檢測器的數據實時了解軋件的頭尾位置，根據生產的具體要求控制剪刃剪切，同時當發生故障時能及時預警，根據檢測情況自動做出報廢切除動作。

2 飛剪自動控制難點

在實際的分段剪切中，要保證剪刃在軋件運動方向上的分速度等于或者稍大于軋件的運動速度，才能順利進行分段剪切工作，假如剪刃在軋件運行方向上的分速度較小，就會影響后邊軋件的切除，造成堆鋼現象；當分速度過大時，會造成拉鋼現象，不僅嚴重降低了剪切質量，還會造成剪刃的磨損加劇，降低剪刃的使用壽命。另一個控制的難點就是剪刃位置的控制，只有精確的位置才能保證所剪切的棒材符合要求。

3 對系統硬件以及網絡配置要求

以起停式剪切機為研究對象，主要控制部分包括現場HMI操作系統、PLC控制系統、傳動系統三部分組成，飛剪機的自動潤滑系統也屬于PLC進行控制。PLC系統主要用于采集、控制數據，HMI系統可以對采集到的數據進行調整監測，電機傳動系統是由逆變器配合整流單元組成，將高壓母線上的電流通過變壓器進行降壓處理。利用逆變器裝在直流電壓回路中可以有效代替多個元件發揮作用。

4 系統功能的實現

4.1 系統組件

利用PLC以及傳動變頻器來進行所有功能的控制，為高精度進行控制，可以采用T400專用控制板，PLC可以購買西門子CPU317-2DP，比以往的CPU315-2DP，控制更加精確，性能更好，假如是一個以太網接口，一個DP接口，則選擇2PN/DP，在接線時不能將線路混淆。其他的輔助功能塊比如FB841可以對潤滑油進行有效控制，FB865可以對廢料收集進行簡單的控制，整個控制系統還包括一些對飛剪位置以及速度的控制模塊。系統中功能塊FB820可以實現傳動控制，通過對分合閘的控制來實現對整個傳動過程的有效控制，同時可以講一些控制中的具體參數數據及時傳輸到CPU中。

4.2 飛剪速度位置控制

對飛剪速度以及位置的控制可以用功能塊FB903來實現，利用角度來表示剪刃的具體位置，剪刃運行一個周期是360°，以剪刃豎直向下作為0°，剪刃的工作初始位置是沿著逆時針旋轉60°，當剪刃位置發生異常時，可以利用控制系統實現復位功能，同時為避免意外情況，剪刃上面附帶手動調節功能，當剪刃處于加速狀態時，加速到逆時針315°，這時候的飛剪沿軋件運動方向上的速度小于軋件的運行速度，當剪刃到30°時，剪刃的運行狀態比較穩定，可以實現與軋件同步或者略高于軋件速度，當剪切工作完成后，剪刃自動減速并回到初始位。利用PLC進行控制可以根據現場的實際需求，選擇某一個出口機架的軋件運行速度作為參考，計算軋件的速度，然后設置相應的剪刃運行速度。進行角度控制時，可以利用T400控制板實現精確控制，在PLC與傳動裝置之間實現數據交換，把PLC中接收到的數據進行計算并以角度的形式表示出來反饋到現場HMI的顯示器中。

4.3 剪切長度控制

根據剪切的需求，需要分別對切頭、分段、切尾剪切進行控制，根據實際的控制需求采取不同的控制模塊進行控制，避免各個控制模塊之間的相互干擾，同時便于操作維護。首先采取熱金屬檢測器準確對頭部進行定位，為了確認頭部位置可以利用長度脈沖當量進行數據校準。假設飛剪從啟動到與軋件運動速度相同所花費的時間是t1，整個剪切過程所用時間為t2，在進行剪切長度的計算時必須由飛剪啟動到完成整個剪切的總時間t1+ t2來確定。然后對飛剪下來的成品利用FC808進行計算校核，校核時考慮到附加條件對剪切精度的影響，比如冷縮率、倍尺根數等，然后根據分段長度、修正長度以及熱金屬檢測器到飛剪剪切位置距離從而算出最終的剪切長度。最后采用T400工藝板可以避免剪刃加速過程中出現的時間誤差，并且可以在工作中對于剪切長度進行及時調整，避免突發狀況，不僅提高了剪切精度，還進一步提高了工作效率。

4.4 現場人機操作

可以通過對現場終端的操作，來實現功能以及參數的設定，可以進行速度設定、功能選擇、長度設定、測量模式選擇等多種操作，同時系統的自動檢測報警功能及時的屏幕中顯示出傳動故障以及系統故障，以方便技術人員及時的檢查維修。

5 結束語

棒材飛剪的過程需要精準的控制以及高效的工作效率，對于自動化控制的要求非常高。不僅僅是速度、長度方面的控制，整個飛剪設備運行過程中各個環節的穩定控制都非常重要。在利用自動化系統進行控制時，從細節出發，針對每一個模塊進行精準的控制，可以極大提高整個飛剪設備的生產效率，避免一些不必要的問題出現，提高工廠的經濟效益。

參考文獻

[1]羅宇龍，金玲.連軋棒材倍尺飛剪的自動化控制[J].現代機械，2007（01）：49-50.

[2]崔艷.國內棒材生產線生產工藝及設備綜述[J].重型機械科技，2004（01）：36-50.

[3]王豐.棒材生產線自動控制系統改造設計[J].機床與液壓，2010（14）：114-116.

作者單位

河鋼宣鋼一鋼軋廠 河北省宣化縣 075100