周剛

摘 要：文章分析了某公司高速棒材軋機(jī)和線(xiàn)材軋機(jī)飛剪的控制特點(diǎn)及調(diào)試，主要介紹了飛剪電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)，并對(duì)速度控制和速度補(bǔ)償進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高速棒材軋機(jī)；線(xiàn)材軋機(jī)；飛剪；自動(dòng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TG333.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）20-0157-01

在熱連軋中，理論上應(yīng)該能夠控制剪切時(shí)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(jìn)而使坯料在加工過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)切得過(guò)長(zhǎng)、過(guò)短、彎頭或彎尾等現(xiàn)象，從而保證產(chǎn)品的尺寸。但是在實(shí)際軋制過(guò)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(xiàn)象的出現(xiàn)不可避免。高速棒材軋機(jī)和線(xiàn)材軋機(jī)的通病就是在軋制過(guò)程中坯料會(huì)出現(xiàn)漏剪、過(guò)長(zhǎng)過(guò)短、彎頭或彎尾等不足，會(huì)導(dǎo)致降低成品的成材率，引起全線(xiàn)堆鋼。對(duì)于對(duì)高線(xiàn)廠而言，則會(huì)影響集圈區(qū)，對(duì)小連軋棒材倍尺剪而言，則會(huì)引起成品的彎曲。為了提高軋制產(chǎn)品的合格率，保證產(chǎn)品的尺寸精度，現(xiàn)階段采用直流控制法控制兩者的飛剪。采用直流控制對(duì)控制電機(jī)和控制系統(tǒng)提出了更高的要求，也是保證軋機(jī)高通過(guò)率的關(guān)鍵。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和控制精度的提高，飛剪的控制方式已開(kāi)始向交流變頻發(fā)展。本文主要介紹了某公司飛剪電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)、飛剪的自動(dòng)控制以及高速棒材軋機(jī)和線(xiàn)材飛剪安裝調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)。

1 高速棒材軋機(jī)和線(xiàn)材軋機(jī)飛剪控制系統(tǒng)的組成

該公司高速棒材軋機(jī)和線(xiàn)材軋機(jī)飛剪各有三臺(tái)，均勻分布于精軋區(qū)（高速棒材軋機(jī)飛剪兩臺(tái)、線(xiàn)材軋機(jī)飛剪兩臺(tái)）和粗軋區(qū)（高速棒材軋機(jī)和線(xiàn)材軋機(jī)飛剪各一臺(tái)）。無(wú)論是高速棒材軋機(jī)飛剪還是線(xiàn)材軋機(jī)飛剪的控制系統(tǒng)都分為上、中、下三級(jí)，上級(jí)為操作站設(shè)定級(jí)、中間為過(guò)程控制級(jí)、下方為傳動(dòng)執(zhí)行級(jí)。

操作站設(shè)定級(jí)主要作用是對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)畫(huà)面設(shè)定該飛剪是否動(dòng)作、定尺長(zhǎng)度、切頭或切尾、速度糾正因子等。該公司高線(xiàn)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(guò)程控制站用ABB的MP260，作用是完成與飛剪自動(dòng)控制相關(guān)的物料跟蹤的時(shí)序互鎖、剪切長(zhǎng)度控制算法、速度設(shè)定等任務(wù)。高線(xiàn)飛剪過(guò)程控制站采用INNOVATION CONTROLLER（即UC）。小連軋飛剪、高線(xiàn)飛剪的傳動(dòng)執(zhí)行級(jí)分別有DCV700全數(shù)字直流調(diào)速裝置、INNOVN-TION DRIVE全數(shù)字交流調(diào)速裝置完成。兩種系統(tǒng)的操作原理基本一致，差別在于GE的控制元件接至傳統(tǒng)控制柜內(nèi)，這樣的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)對(duì)外部檢測(cè)元件的響應(yīng)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(yùn)算。

2 高速棒材軋機(jī)和線(xiàn)材軋機(jī)飛剪的自動(dòng)控制

從工作原理上講，飛剪速度是根據(jù)過(guò)速因子、軋線(xiàn)速度、刀片直徑和齒輪箱速比進(jìn)行計(jì)算的，從而形成飛剪的速度參考值，并將該值的百分比信號(hào)傳給裝置形成裝置的速度參考值。在ABB系統(tǒng)、GE系統(tǒng)中分別通過(guò)總線(xiàn)Master Field Bus90、IS BUS總線(xiàn)將百分比信號(hào)傳給調(diào)速裝置、INNOVA-TION DRIVE全數(shù)字交流調(diào)速裝置。

ABB飛剪自控具有定位和時(shí)鐘功能，控制著飛剪開(kāi)始動(dòng)作、加速和激活同步的時(shí)間。定位功能、時(shí)鐘功能分別對(duì)應(yīng)著DSDP140B定位板、DSDP150時(shí)鐘板。時(shí)鐘板和定位板的作用是分別是計(jì)算出加速時(shí)間并傳給定位板、產(chǎn)生速度參考值及加速補(bǔ)償值，并將該值傳給控制裝置。

在GE系統(tǒng)中，將HMD信號(hào)和定位開(kāi)關(guān)，直接接入 INNOVATIONDRIEV的ATBA板上，由傳動(dòng)柜的DSPX板完成控制任務(wù)和與PLC的信息交換。在生產(chǎn)過(guò)程中，減速箱的齒輪間隙會(huì)導(dǎo)致刀片位置的移動(dòng)，工作一段時(shí)間后需要對(duì)其進(jìn)行糾正，不然會(huì)導(dǎo)致剪切失敗而堆剛。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐探究，利用飛剪每轉(zhuǎn)一圈檢測(cè)到的一個(gè)脈沖，以識(shí)別刀片的位置并進(jìn)行自動(dòng)校正。該識(shí)別脈沖的安裝原則是低速區(qū)安裝，不能安裝在高速區(qū)。當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)接到來(lái)自PLC的啟動(dòng)剪切命令后，刀片向剪切位置以計(jì)算所需的剪切速度，刀片進(jìn)入剪切位置時(shí)的速度已達(dá)到預(yù)定的參考值。當(dāng)?shù)镀竭_(dá)剪切完成位置后，系統(tǒng)立即將速度控制模式轉(zhuǎn)換成位置控制模式，刀片減速運(yùn)行到零位，準(zhǔn)備下一次剪切。

ABB和GE兩種系統(tǒng)出于生產(chǎn)安全考慮都需要設(shè)置報(bào)警參數(shù)，兩種系統(tǒng)設(shè)置的報(bào)警參數(shù)分別為：DSDP14B、DSDP150故障、啟動(dòng)失敗以及接近最大轉(zhuǎn)距等；過(guò)電流IOS、IOA、IOB和位置出錯(cuò)等。

3 切頭和切尾預(yù)定時(shí)間的計(jì)算

飛剪的操作是由HMD激發(fā)的，對(duì)于不同剪切要求進(jìn)行預(yù)設(shè)定。假如HMD與刀片閉合之間的距離、要求的切頭長(zhǎng)度、切尾長(zhǎng)度、軋制速度、刀片與棒材接觸點(diǎn)到刀片閉合之間的距離分別為L(zhǎng)、Lh、Lt、Vm、S、tF，則切頭預(yù)定時(shí)間tph為tph=（L-S+Lh）/Vm-tF，切尾預(yù)設(shè)定時(shí)間為tpt=（L-S- Lt）/ Vm-tF。

4 安裝調(diào)試經(jīng)驗(yàn)

4.1 高速棒材軋機(jī)飛剪

高速棒材軋機(jī)的剪切速度在1.0～18 m/s之間，與之對(duì)應(yīng)的棒材規(guī)格為10～40 mm。高速棒材軋機(jī)飛剪在工作時(shí)有兩種方式即回轉(zhuǎn)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(shí)采用回轉(zhuǎn)方式，軋制35 mm以上的大規(guī)格采用曲柄方式。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在回轉(zhuǎn)方式下，合上傳動(dòng)柜進(jìn)入開(kāi)始狀態(tài)，此時(shí)飛剪工作就會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，但轉(zhuǎn)換為曲柄方式卻不會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。生產(chǎn)實(shí)踐表明，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因可能是回旋方式飛剪速度過(guò)高。

4.2 高速線(xiàn)材軋機(jī)飛剪的GE系統(tǒng)

GE軟件中能計(jì)算出系統(tǒng)的慣量，但存在誤差，所以這個(gè)慣量要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。在GE系統(tǒng)中有控制系統(tǒng)本身響應(yīng)的變量，調(diào)試時(shí)要格外重視，特別是高速線(xiàn)材軋機(jī)飛剪的響應(yīng)。高速線(xiàn)材軋機(jī)飛剪的速度高慣量大，在實(shí)際操作中要注意力矩的跟隨性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 唐國(guó)蘭，羅榮華，吳云忠.分布式PLC控制系統(tǒng)在全連續(xù)棒材軋機(jī)速度控制中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2010，（8）.

[2] 宋明，段志霞.高線(xiàn)飛剪電機(jī)勵(lì)磁控制方式的改進(jìn)[J].中國(guó)設(shè)備工程，2011，（1）.

[3] 陸地，李翔，朱磊，等.交流調(diào)速系統(tǒng)的最優(yōu)控制[J].礦山機(jī)械，2010，（18）.

[4] 王宇，白曉實(shí)，魏心寬.數(shù)字技術(shù)在棒材成品飛剪電控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].包鋼科技，2007，（5）.

[5] 柯春林.雙偏心擺式飛剪機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定及剪切過(guò)程模擬[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2011.