关于横切飞剪系统的研究与分析

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摘要:在高线飞剪的运行中,离合式飞剪具有设备结构简单, 剪切长度准确, 故障率低等优点, 但其控制复杂, 对现场的实际情况有许多不适应的地方，文章重点针对横切飞剪系统进行了研究与分析。

关键词:横切飞剪； 离合式飞剪； 剪切长度准确

文章在消化吸收ABB 控制系统的基础上, 根据现场轧制的需要, 着重对软件系统和传动参数进行修改和优化, 对现场环境等各方面因素造成飞剪工作不可靠进行改进, 从而进一步提高系统的控制精度和可靠性。同时，依据生产实际情况, 对飞剪的硬件和软件方面做了必要的修改和补充完善, 弥补了原设计的不足, 保证了工艺的要求。

1 飞剪控制系统调试

直流电机的位置环在过程控制机MP200上进行。为了其快速性, 采用P调节器,其参数设定为比例增益SXPGAIN 和加速给定斜坡SXRTIME, 为此要求飞剪的直流电机控制系统应在可能的情况下越快越好,并且因为剪切时需要剪切力矩大,电流控制环不能出现饱和的情况。该直流控制系统为双闭环PI调节,比照典型双闭环PI 调节系统。在正常情况下(HOME1位置) ,飞剪从HP 位置以允许的最大加速度加速启动, 直至剪切位置(CP)时达到所设定的速度。此时速度保持不变完成剪切, 之后定位系统从剪切准备位(CRDY)开始定位,使剪刃返回HP位置。飞剪速度是按照HP、CP、CRDY等位置和设定的剪切速度、允许的最大加速度进行控制, 其控制信号由DSDP140B 板中的一个AO 通道自动产生的。

2 飞剪系统功能分析

飞剪的剪切程序是通过一个反并联的可控硅组驱动一个直接耦合的DC 电机来完成剪刃运动。该直流电机控制由ABB 公司开发研制的直流控制系统TYRAK- MIDI2来进行控制。飞剪的剪切命令通过过程控制机MP200/ 1 进行判断、运算后发出的,从而完成一次、多次及堆钢自动碎断剪切功能。该系统包括加速控制, 剪切控制及剪刃重复定位于固定位置等控制功能。该控制系统由操作员站(OS500) 、过程控制机(MP200/ 1)、直流控制柜等三部分结合共同完成整个控制过程。

2.1 钢坯头尾脉冲产生。飞剪控制系统为了精确定位钢坯的头尾,进而保证切头、尾的长度, 必须有准确可靠的钢坯头尾脉冲。为此,在飞剪逻辑控制程序中专门设计开发了特殊PC元素MDIN-H1, 该PC元素将飞剪前热检产生的HMD 信号经整形、滤波后产生MD 信号激活飞剪的头尾计时。

2.2 预设切头尾时间。 当MD信号产生后, 根据预先设计好的程序进行倒计时,倒计时计时到0时,通过DSDP150板的DO通道产生一个脉冲,该脉冲送到DSDP140B板的DI通道上, 激活DSDP140B板开始进行位置控制,飞剪开始旋转。此时需要预先计算出倒计时的时间长度。在一些特殊情况下, 因程序执行时间的问题,热检不得不前移到上游机架前以保证程序有足够的计算和执行时间。

3 飞剪位置全数字自动控制

飞剪位置控制是通过安装在剪刃上的码盘按1：1的比例产生脉冲列, 并将该脉冲列送到DS-DP140B板上进行位置计算。DSDP140B板根据实际剪刃的位置来控制电机的给定, 从而控制电机的转速和位置。综上该控制系统是一个位置控制系统,整个位置控制系统的实现完全由电机的速度控制( 给定从0-100%)来完成,不需要抱闸等来实现定位。当飞剪处于停止位置时, DSDP140B板时刻监视剪刃位置并控制电机的给定。在现场我们能够看到此时电机在频繁做小幅调整,剪刃处于一种颤动的状态。高线生产中,轧件的速度非常高,只有保证精确的计时才能保证飞剪剪切长度的准确。为了确保剪切能以高精度的时间准确启动,使用DSDP150 板(计时精度1ms)和PC元素接口START-H1。剪切程序是由一个专门被设计成用于周期定位系统的定位控制板DSDP140B来实现的。剪切周期包括下列相位:

3.1 剪切开始。剪切周期是由DSDP140B板上的输入通道DI2上的脉冲到来而开始的, 输出DO0到DO3按数字输出起始类型( DOSTART)来设置。

DO0=1:设置剪切在进行直到剪切准备位置。

DO1=1:开始功能时间计算。

DO2=1:允许加速转矩(电流)给定。

DO3=1:允许同步。

在该过程中,飞剪剪刃以计算好的加速转矩SX-MACCREF和速度斜率SX-SSLOPE从起始位置加速到剪切位置CP,该位置定义为“重合值0”, 即SX-COINCV0。

3.2 剪切位置-CONCV0。当飞剪处于剪切位置时,以下三个输出值将复位。

DO1=0:中断功能时间计量。

DO2=0:撤消加速转矩(电流)给定值。

DO3=0:撤消进一步系统的同步。

在飞剪剪切周期的这一个位置上,飞剪剪刃已经达到了预设置的速度即轧件速度加上超前系数,该速度将一直保持到剪切准备位置COINCV1。

3.3 剪切准备位置-COINCV1。当飞剪剪刃抵达该位置时将完成飞剪从速度控制模式到定位控制模式的转换,此时便开始了飞剪剪刃到固定位置的定位步骤。DO= 0:复位飞剪剪切在进行信号,开始进行位置控制直到剪刃返回初始位置。该过程同样也控制飞剪处于静止时的位置控制。

4结论

通过以上对飞剪过程控制系统的论述, 可以得结论飞剪的启动点计算、飞剪的加速控制算法、飞剪的同步控制算法, 其根本的控制指导思想均是提高飞剪的剪切精度, 特别是其中的速度/ 位置综合控制思想和附加电流控制的引入代表了高水平的控制思想。横切生产线投产至今, 从生产状况看,飞剪电控系统运行状态良好, 所控制的板材的剪切精度小于±1mm, 剪切质量较高。

参考文献

［1］ 西门子电气传动有限公司.6RA24系列全数字直流调速装置使用说明书.2009，3：2，30软件版本.

［2］ GE Fanuc电气集团.GE90-30可编程序控制器用户手册，2010，5.