李 濤

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司,安徽馬鞍山，243011）

1 前言

圓盤剪是板帶材生產(chǎn)車間不可缺少的剪切設(shè)備，這種剪切機(jī)的兩個(gè)刀片做成圓盤狀用于縱向剪切鋼板及帶鋼的邊或?qū)摪搴蛶т摽v向剪切成窄條。該剪切機(jī)廣泛用于縱向剪切厚度小于20～30 mm的鋼板及薄帶鋼。由于刀片是旋轉(zhuǎn)的圓盤，因而可連續(xù)縱向剪切運(yùn)動(dòng)著的鋼板或帶鋼。馬鋼連續(xù)酸洗生產(chǎn)線2012年6月投入生產(chǎn)，使用的是被動(dòng)拉剪式圓盤剪。本文重點(diǎn)介紹圓盤剪的基本結(jié)構(gòu)、工藝以及控制原理與特點(diǎn)，以供參考。每對(duì)刀片與鋼板中心線傾斜一個(gè)不大的角度。其主要結(jié)構(gòu)為：固定底座、開口度調(diào)節(jié)裝置、機(jī)架回轉(zhuǎn)裝置等（圖 2）。

2 圓盤剪的結(jié)構(gòu)

圓盤剪本體無傳動(dòng)裝置，刀片的旋轉(zhuǎn)由具有一定張力的運(yùn)動(dòng)帶鋼來帶動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)拉剪。為了使已切掉板邊的鋼板在出圓盤剪時(shí)能夠保持水平位置，而切邊則向下彎曲，將上刀片直徑做得比下刀片小些（如圖 1）。

此時(shí)，被剪掉的板邊將劇烈地向下彎曲。為了防止鋼板進(jìn)入圓盤剪時(shí)翹曲，在圓盤前面靠近刀片的地方裝有壓輥。為了減少鋼板與圓盤刀刃間的摩擦，

圖1 刀體切片示意圖

3 主要參數(shù)與工藝過程

圓盤剪主要性能參數(shù)：①剪切材質(zhì)：普通冷軋鋼板；②鋼板強(qiáng)度：小于700 MPa；③鋼板厚度：1.2～6 mm；④剪切速度：30～350 m/min；⑤剪切寬度：5～30mm。

圖2 圓盤剪結(jié)構(gòu)示意圖

圓盤剪位于月牙剪之后，采用無動(dòng)力回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，用于按設(shè)定的寬度對(duì)帶鋼邊部進(jìn)行剪切。在機(jī)組兩側(cè)剪切框架上配備有兩套刀頭，剪切框架可以通過液壓缸驅(qū)動(dòng)齒輪齒條來進(jìn)行180°回轉(zhuǎn)；在剪切框架回轉(zhuǎn)到位之后，由液壓缸驅(qū)動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)架進(jìn)行鎖緊。當(dāng)其中一套刀頭正常剪切時(shí)，另一套刀頭可以進(jìn)行更換調(diào)整工作。剪切框架的寬度調(diào)整，可以通過齒輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使剪切框架在底座滑軌上進(jìn)行滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)寬度調(diào)整到位后，將通過螺紋液壓缸對(duì)機(jī)架進(jìn)行鎖緊。

在刀盤入口設(shè)置有一對(duì)壓輥和支撐輥。壓輥裝置可以通過液壓缸驅(qū)動(dòng)，用于防止帶鋼抖動(dòng)和支撐帶鋼，以保證剪切質(zhì)量。圓盤剪剪切后的廢料，將通過溜槽進(jìn)入碎邊剪進(jìn)行碎邊剪切。經(jīng)碎邊之后的廢料，通過溜槽送入出口廢料運(yùn)輸系統(tǒng)。

4 控制系統(tǒng)概述

馬鋼酸洗生產(chǎn)線基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)由控制器PLC、HMⅠ系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程Ⅰ/O站ET200和編程裝置等設(shè)備構(gòu)成，如圖2。在本機(jī)組中選擇 SⅠEMENS 的 SⅠMATⅠC S7-400 作為控制器。整個(gè)機(jī)組設(shè)PLC三臺(tái)，每個(gè)PLC選用CPU416-2模塊。本系統(tǒng)的HMⅠ使用西門子的WⅠNCC系統(tǒng),用工業(yè)以太網(wǎng)將PLC與WⅠNCC服務(wù)器相連。PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通訊使用PROFⅠBUS DP方式進(jìn)行，每個(gè)PLC設(shè)有多個(gè)PROFⅠBUS DP接口，用于連接遠(yuǎn)程 ⅠO、傳動(dòng)裝置、編碼器、現(xiàn)場(chǎng)儀表、及CPC和EPC裝置等。圓盤剪控制系統(tǒng)通過 1塊 CPU416-2帶 2個(gè) PROFⅠBUS DP網(wǎng)絡(luò)，完成包括機(jī)架寬度調(diào)整、重疊量調(diào)整和側(cè)隙調(diào)整。

5 圓盤剪的控制

5.1 控制方式說明

圖3 圓盤剪控制配置圖

圓盤剪包括圓盤剪機(jī)架的旋轉(zhuǎn)、圓盤剪機(jī)架的寬度調(diào)整、圓盤剪刀架的重疊量調(diào)整和圓盤剪刀架的側(cè)隙調(diào)整。控制方式有手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。

5.2 手動(dòng)控制

手動(dòng)方式主要用于調(diào)試和故障狀態(tài)的操作，操作臺(tái)上的按鈕可以分別控制圓盤剪的各個(gè)調(diào)整機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)和刀架旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作。圓盤剪的旋轉(zhuǎn)換刀操作流程：當(dāng)前圓盤剪為不使用或出口機(jī)組停止的情況下，按下啟動(dòng)按鈕，圓盤剪機(jī)架和碎邊剪機(jī)架分別退出合適的距離，避免帶鋼對(duì)旋轉(zhuǎn)的影響，以及碎邊剪對(duì)圓盤剪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。然后旋轉(zhuǎn)鎖緊裝置松開，機(jī)架根據(jù)所在位置分別順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，到達(dá)位置后旋轉(zhuǎn)鎖緊裝置鎖緊。圓盤剪的退出運(yùn)行操作流程：當(dāng)前圓盤剪為不使用或出口機(jī)組停止的情況下，按下啟動(dòng)按鈕，圓盤剪機(jī)架和碎邊剪機(jī)架分別退到待機(jī)位置。

5.3 自動(dòng)控制

自動(dòng)方式下圓盤剪的控制根據(jù)主控的狀態(tài)信息和啟動(dòng)信號(hào)由自動(dòng)步完成。對(duì)于前后兩卷鋼卷，圓盤剪的操作模式可分為不使用-不使用 (NU-NU)、使用-使用(U-U)、使用-不使用(U-NU)和不使用-使用(NU-U)四種情況。(1)NU-NU，圓盤剪不需要進(jìn)行調(diào)整；(2)U-U，將根據(jù)前后帶鋼的寬度和厚度差來決定，如果參數(shù)相同，圓盤剪不需要調(diào)整，如果不同，則調(diào)用圓盤剪寬度、重疊量調(diào)整和側(cè)隙調(diào)整的自動(dòng)步；(3)U-NU，將調(diào)用圓盤剪寬度自動(dòng)步，將圓盤剪機(jī)架調(diào)寬到等待位置；(4)NU-U，將首先調(diào)用圓盤剪移動(dòng)到等待位置自動(dòng)步，在焊縫停止在圓盤剪位置后，調(diào)用圓盤剪寬度、重疊量調(diào)整和側(cè)隙調(diào)整的自動(dòng)步。

5.4 對(duì)圓盤剪消除機(jī)械間隙功能的優(yōu)化

如圖4所示，馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，也同時(shí)帶動(dòng)編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，并轉(zhuǎn)換為圓盤剪刀架的橫向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)圓盤剪的側(cè)隙調(diào)整。由于螺母與絲桿間存在間隙，當(dāng)從正向轉(zhuǎn)動(dòng)改成反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一開始絲桿和編碼器一起轉(zhuǎn)動(dòng)，而此時(shí)螺母卻不移動(dòng)，造成刀架未移動(dòng)，這種位置傳感器檢測(cè)到位置變化而實(shí)際位置未發(fā)生變化的現(xiàn)象，是由設(shè)備機(jī)械間隙造成的。由于編碼器校準(zhǔn)時(shí)是在關(guān)閉方向，為了消除上述機(jī)械間隙造成的位置控制誤差，讓設(shè)備最后動(dòng)作都按關(guān)閉的方向動(dòng)作。如要從現(xiàn)在位置A點(diǎn)移至C點(diǎn)，先打開至B點(diǎn)，然后再關(guān)閉至C點(diǎn)。為了獲得較高的控制精度，圓盤剪的重疊量調(diào)整和側(cè)隙調(diào)整以及碎邊剪的間隙調(diào)整采用該調(diào)整方法：當(dāng)目標(biāo)值大于當(dāng)前值時(shí)，先將距離調(diào)整到比目標(biāo)值大的某個(gè)數(shù)值，然后再慢速關(guān)閉到目標(biāo)值。我們?cè)赑LC程序中增加了消除間隙自動(dòng)調(diào)整的調(diào)用程序塊,結(jié)合原設(shè)計(jì)程序中的控制方式,應(yīng)用閉環(huán)控制系統(tǒng)理論,通過絕對(duì)值編碼器的實(shí)時(shí)檢測(cè),不僅實(shí)現(xiàn)了圓盤剪的機(jī)械間隙實(shí)時(shí)反饋,還實(shí)現(xiàn)了間隙的自動(dòng)精確調(diào)整。經(jīng)過改進(jìn)至今,間隙調(diào)整的精度完全滿足生產(chǎn)需要,極大提高了生產(chǎn)效率,保證了剪切的質(zhì)量和剪切的順暢。

圖4 圓盤剪的機(jī)械間隙調(diào)整

6 結(jié)束語

現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況證明，馬鋼酸洗圓盤剪的控制系統(tǒng)自動(dòng)可靠、操作便捷、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。提高了剪切質(zhì)量和生產(chǎn)效率，能夠滿足生產(chǎn)的需要，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益。