四剪刃圓盤剪控制系統及剪刃調整角度計算推導研究

摘要：介紹了四剪刃圓盤剪的工藝布置、控制系統配置及控制系統流程，對控制系統內剪刃調整角度參數進行了計算公式推導，對同類圓盤剪的控制系統設計具有良好的借鑒意義。

關鍵詞：四剪刃圓盤剪;定位控制;邏輯控制

1 設備簡介

四剪刃圓盤剪在軋鋼工藝中起到切頭、切尾及碎斷的作用。整個圓盤剪設備組由4個設備組成，即入口處設置的前置導槽、四剪刃圓盤剪，出口處設置的后置導槽及廢料箱。其中，前置導槽由伺服電機驅動，用于引導物料向不同的方向運行;四剪刃圓盤剪由一臺大電機驅動，用于將物料切斷;后置導槽用于正常生產物流的引導;廢料箱用于存儲剪切后的廢料。

前置導槽與伺服電機進行互聯，連接件稱為“轉轍器”，轉轍器在伺服電機驅動下，使前置導槽水平移動。通過前導槽的運行使物料在飛剪剪刃處改變方向，其中一個方向通過后置導槽進入生產物流的方向稱為“生產方向”，另一個方向為切料、碎斷至廢料箱的物流方向稱為“碎斷方向”。四剪刃圓盤剪設備為上下圓盤造型，每個圓盤邊沿設置四把剪刃，各剪刃間距90°。

2 控制流程

2.1? ? 控制系統工藝布置

本控制系統需在設備組之前安裝3個熱金屬檢測器，即HMD0、HMD1、HMD2。HMD0設置在軋機的出口;HMD1設置在距飛剪前一定的距離處;HMD2設置在前導槽上。HMD0與HMD1之間的距離盡量長，測速的數據會更準確一些;HMD1距離剪刃閉合位需留有足夠距離，滿足圓盤剪刃角度的調整需求;HMD2設置在前導槽開口處。控制系統工藝布置如圖1所示。

2.2? ? 控制系統配置

控制系統的配置分為變頻器、伺服器、PLC、現場檢測四部分，其相互關系如圖2所示（方框內為硬件設備，圓弧框內為功能描述）。其中，變頻器用于調節圓盤剪速度，調節剪刃的角度;伺服器用于驅動伺服電機，帶動前導槽，將物料引至在碎斷位或過鋼位;PLC用于控制所有的邏輯運算及下達制定控制指令;現場檢測用于現場編碼器、熱檢等信號的檢測。

2.3? ? 控制系統流程簡介

控制過程描述：HMD0檢測物料，配合HMD1測量物料的速度;HMD1檢測物料后，根據測量的物料速度，預測剪刃剪切時的角度差，并發出調整剪刃的速度指令;當HMD2檢測物料后，代表物料剪切區域，HMD2通常作為飛剪剪切的保證信號。

控制系統配合相應的檢測器進行邏輯控制，并發出信號觸發伺服器運行。當物料進入剪切區域后，判斷剪刃閉合，伺服器按照物料速度進行加速、勻速或減速，平移定位，將物料指引到正確的物流方向。定位控制是利用變頻器伺服功能完成的。

控制系統流程如圖3所示。

3 數據計算推導

3.1? ? 剪刃角度判斷

在圓盤剪刃后方安裝的編碼器，將編碼器信號接入PLC的高速計數器模塊，通過計數碼值就能夠判斷剪刃的實際位置。將一對剪刃閉合，進行0°～360°的位置標定，標稱為0～1。4個剪刃位置分別為1#剪刃0°（標0）;2#剪刃90°（標0.25）;3#剪刃180°（標0.5）;4#剪刃270°（標0.75）。

3.2? ? 計算公式推導

計算公式推導的目的是為了計算圓盤剪在切頭及切尾動作前完成調整角度所需要的加速時間。本文計算公式以切頭功能為例進行推導。

式中，r為圓盤剪半徑;Ah1為HMD1至剪切位剪刃旋轉角度;Ah2為HMD1檢測來鋼時的剪刃角度;Ah3為HMD1至剪切位總剪刃角度;Ah4為Ah3角度的小數部分;|Ah3|為對Ah3進行絕對值處理。

通過以上步驟已經算出物料到達剪切位時剪刃的角度，再計算出需要調整的角度，使得物料到達剪切長度位時，剪刃可以準確閉合。角度判斷的數據處理如下：

公式推導結論：通過數據推導，得出切頭剪刃增速時間Th。利用PLC將0.1倍的當前電機速度發送給傳動系統，保持時間為Th。剪刃在增速過程中，增加了實際剪刃角度，增加量為Ah6，用以保證剪刃滿足切頭長度時能進行閉合，確保剪切長度的準確性。

4 結語

四剪刃圓盤剪設備結構簡單，但控制方法較為復雜。本文介紹了四剪刃圓盤剪的工藝布置、控制系統配置以及控制流程，同時對角度調整參數進行了計算公式推導，該圓盤剪控制原理也適用于其他類型的圓盤剪，對于建立類似控制系統有一定的借鑒作用。

收稿日期：2020-03-05

作者簡介：夏云鵬（1980—），男，山東青島人，高級工程師，研究方向：特殊設備的傳動控制系統組成及控制方法實現。