850t冷剪機電氣控制系統設計

白治慧 宗立杏 向以成

（中鋼集團西安重機有限公司 陜西西安710201）

1 前言

850t冷剪具有把已冷卻的棒材切分為用戶所需的定尺成品功能。剪切是通過刀刃的往復運動來實現的，下剪刃是固定的，上剪刃裝在偏心軸驅動的可以移動的滑板上，通過偏心軸的轉動，實施剪切的動作，該剪切機可以達到高精確的剪切長度和良好的切邊效果。

2 各機構運行說明

2.1 切頭及分段剪切

待剪切坯料由剪前輸送設備運送到剪機入口，需切頭料由對齊擋板齊頭后，壓緊輥機構得到下壓信號，壓緊輥機構動作（氣動壓下），同時將對齊擋板收起，冷剪制動器制動打開，主傳動機構中的空氣離合器方可閉合，主傳動電機驅動飛輪齒輪及曲軸剪切機構實施剪切動作，剪切完成后曲軸直聯的兩組接近開關發出信號“1”使壓緊輥機構及壓板升至高位，并控制電磁閥打開空氣離合器，信號“2”閉合空氣制動器，將曲軸及剪刃鎖定至待機高位，剪刃高位接近開關得到信號，即表示剪機完成一個切頭剪切動作周期。而分段剪切動作信號則來自定尺機返回的信號，其動作程序同切頭相同。

2.2 料尾撥出機構

當剪切的坯料進行至尾部時，定尺剪切后留中剪機入口側的料尾，通過手動操作控制電磁閥發出信號，啟動掃尾裝置（油缸）使刮板機構動作，將料尾撥入料箱收集，撥料動作完畢（油缸）回程使刮板回轉升至剪切輥道臺面上方等待下一批料的到來。

2.3 剪刃快速更換及鎖緊裝置

該裝置采用彈簧鎖緊液壓打開方式，并配備有多工位的剪刃更換小車，可直接將推出的上下剪刃存放車上，同時將刃磨好的上下剪刃快速裝入，以達到快速更換剪刃的目的，液壓系統動力由液壓站提供［1-2］。

2.4 中間溜槽機構及廢料收集

中間溜槽裝置采用由氣缸驅動可開閉的閘板機構，在廢料收集箱盛滿時可關閉溜槽閘板，溜槽料倉暫時收集廢料頭尾，位于下部的廢料車通過導軌及卷揚驅動至吊裝位由天車吊出，更換料斗后反向運動至接料位后，開啟溜槽閘板，廢料落入料斗，溜槽閘板，廢料車接料位吊裝位均有開關控制。

3 動作順序框圖

剪機的初始狀態是指：剪機通電，通氣；電機，飛輪，冷卻風機正常運轉；壓料裝置均處于高位；廢料頭推出油缸處于回縮狀態的待機位；氣動系統正常，壓力不小于5.5kg／cm2（至剪機旁的氣源壓力）；各電訊號通訊正常；上剪刃處于高位待機；制動器通氣工作（工作通路電磁鐵得電）；離合器打開（閉合工作通路電磁鐵失電），中間溜槽開啟溜槽閘板，廢料車停于接料位，設備上各部潤滑良好，各機構動作自如。

圖1 切頭、切尾、切定尺框圖

4 系統功能規格

本系統的PLC選用STMATIC S7-300系列［3］，是中高檔性能范圍的可編程控制器。采用模塊化及無風扇設計，堅固耐用，具有容易擴展和廣泛的通訊能力，容易實現分布式結構以及用戶的操作。PLC主機CPU采用Intel處理器，具有更快的處理速度和更大的內存空間，模塊可帶電插拔，從而可簡化維護，增加系統的可靠性，而且其堅固的結構保證即使在最惡劣的現場環境下也能可靠的工作。本程控系統的控制主機控制開口機系統和泥炮系統啟、停、現場信息的采集與處理，并通過TCP／IP協議同上位機監控系統通訊［4］。內裝鋰電池具有掉電保護功能。PLC主要模塊有：電源模塊、CPU模塊、以太網通訊模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、編碼器模塊。PLC點數有15%余量。

圖2 剪刃快速更換及鎖緊動作順序框圖

5 PLC接口信號

本PLC系統在處理輸入或輸出信號時，均按照如下約定進行，開關量輸入模塊接收通過隔離繼電器隔離后送入的開關信號，送回CPU進行處理；開關量輸出模塊是輸出CPU發出的開關指令，通過24V繼電器隔離后送出至所控制的設備。模擬量輸入模塊接收現場傳感器送回的4mA～20mA電流信號，或0～10V電壓信號，送CPU處理；模擬量輸出模塊是輸出CPU經過邏輯函數處理后，而發出的模擬量指令，可輸出4mA～20mA電流信號或0～10V電壓信號至所控制設備。雙攬冗余：為了保證通訊的可靠性，CPU與I／O模塊之間采用雙攬冗余I／O通訊方式。通訊介質為同軸電纜，其通訊速率可達1.544M波特率。在一條通訊線路損壞時，不會影響系統的正常運行。注意：PLC系統和液壓控制系統之間的DI、DO信號采用繼電器隔離，AI、AO、數字編碼系統則公用模擬地，兩系統電源互相獨立。

圖3 中間溜槽及廢料收集動作順序框圖

所有DI和DO的信號“1”和“0”分別對應繼電器的吸合和釋放動作，連接至液壓控制系統的觸點為常閉觸點。DI和DO信號連接方式如圖4、圖5所示。這種接入方式是為了保證PLC模塊的安全，所有開關量信號全部采用繼電器隔離，以提高系統抗干擾能力，使現場與控制室內電源各自自成系統，方便安裝與維修，還可防止現場短路或錯接時損壞PLC模塊。

圖4 DI信號連接方式

圖5 DO信號連接方式

6 結論

本控制系統采用總線控制方式，主控制器采集現場信號并發送控制命令，通過上位機完成工藝上所要求的參數設定和工藝參數的狀態顯示。上位機與PLC之間采用工業以太網通訊完成數據交換。

總線控制方式使控制系統在集成方面有了一定的提高，由于集成度有一定的提高，所以元器件也在一定程度上做了適當精簡，現場電纜也不在繁瑣，使得日常維護量大大減少。