高速线材飞剪的自动化控制
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摘要：飞剪是高速线材生产中的关键性设备 , 介绍了飞剪在线材轧制工艺中的功能和自动控制原理 , 采用数字直流传动系统和数字位置自动控制系统完成飞剪对轧件的自动剪切 , 通过计算机的输入、 输出信号实现飞剪的启动停止、 飞剪速度的建立、 剪切长度的控制以及飞剪运行状态的变换 。
关 键 词： 高速线材； 飞剪； 直流传动； T400；
1前 言
在高速线材的生产工艺中， 为了保证产品质量和避免在轧制中钢坯头尾出现“ 开裂” 而成堆钢， 在其生产线中布置了数台飞剪， 对轧制中的钢坯的头尾进行剪切； 另外当飞剪的后续设备出现故障或堆钢，生产无法正常进行时，也需要启动飞剪对正在轧制中的钢坯进行连续碎断， 以确保生产的安全性， 同时可以减少在生产线上废钢的堆积数量， 便于操作工处理， 这对提高生产效率是非常有帮助的， 由此可见飞剪是高速线材生产工艺中非常重要的设备之一 。
2.飞剪的剪切控制
2.1手动切头（尾）
在异常或紧急情况下操作人员可进行手动切头（尾）操作。
2.2 自动切头（尾）
当热金属检测器检测到轧件头部（尾部），PLC根据在剪切画面中设定的切头（尾）长度、超前系数、前一架轧机轧制速度和脉冲编码器脉冲数，计算飞剪切头（尾）启动时刻（程序可根据操作台“码盘/延时启动”转换开关来调用相应的程序控制启动时刻）。通过DP网驱动飞剪直流传动装置。
控制切头的程序有两种：
延时时间控制自动切头程序：
当热金属检测器检测到轧件头部，PLC自动计算切头延时时间（T），公式如下：
T=（S+L）/V-T1
式中：S――热金属检测器与剪刃中心线的距离
L――切头长度
V――上一轧机实际线速度（计算机系统自动给出）
T1――飞剪从零位启动到剪切角的时间（PLC计算得出）
脉冲启动控制自动切头程序：
当热金属检测器检测到轧件头部，PLC自动计算切头启动脉冲数（M），公式如下：
M = M1 + M2 - M3
式中：M1――热金属检测器与剪刃中心线的距离对应的脉冲数
M2――切头长度对应的脉冲数
M3――飞剪从零位启动到剪切角对应的脉冲数（PLC计算得出）
控制切尾的程序有两种：
延时时间控制自动切尾程序：
当热金属检测器检测到轧件尾部，PLC自动计算切尾延时时间（T）。公式如下：
T=（S-L）/V-T1
式中：S――热金属检测器与剪刃中心线的距离
L――切尾长度
V――上一轧机实际线速度（计算机系统自动给出）
T1――飞剪从零位启动到剪切角的时间（PLC计算得出）
脉冲启动控制自动切尾程序：当金属检测器检测到轧件尾部，PLC自动计算切尾启动脉冲数（M）。公式如下：
M = M1 - M2 - M3
式中：M1――热金属检测器与剪刃中心线的距离对应的脉冲数
M2――切头长度对应的脉冲数
M3――飞剪从零位启动到剪切角对应的脉冲数（PLC计算得出）
2.3 模拟切头（尾）
本操作模拟轧线上有钢，进行自动切头（尾），功能同自动切头（尾）。
2.4碎断
当系统接到碎断命令后飞剪开始碎断，直至碎断命令结束。
3.飞剪的电气系统控制
现以我单位的3#飞剪为例，主要控制有三部分组成，即PLC控制系统、传动控制系统以及现场执行设备。
3.1 PLC系统
PLC系统主要的作用是综合各个碎断或剪切命令之后送给T400一个综合的碎断和剪切的命令。同时还承担着于WICC画面通讯的作用。
传动系统
3.2传动系统分为两部分，一是飞剪位置的控制有T400完成控制，一部分是直流调速系统完成。
工艺板 T 4 0 0是西门子公司为其传动装置 ( 如 6 R A7 0、 6 S E 7 0等) 配置的标准选件， 并为其设计了三套能够满足特殊工艺需要的标准软件( 剪切控制 、角同步控制、卷取控制) ，除准软件以外还可以用 S T E P 7 ／ C F C语言按工艺需要编程。剪切工艺在造纸 、 塑料 、 钢铁 ( 板带／ 线材／ 棒材 )等自动控制领域内被广泛应刚。目前在剪切工艺中 有离合器式、 摆槽式、 起停式等几种常刚的方式。其 中又以 P L C向调速装置发送主给定的电机起停式居多， 但这种系统设计编程复杂 ， 在精度等方受到 一些限制。工艺板 T 4 0 0剪切控制标准软件， 直接传送主给定控制电机起停实现剪切 ， 具有先进的控制理念 ，能够满足飞剪 、 横剪等特殊工艺需要．应刚起来高度灵活。处理器周期的调节系统采样时间约为1MS，大大提高了定位的精度。它和基本装置6RA70之间的数据交换采用几乎无惯性的并行接口（双口RAM）。所有的控制信号都直接到T400的端子上，T400插在70箱的第二个槽中，70于PLC之间的数据交换首先经过T400 再到CUD1上。如下图：
传动系统是改装的德国西门子小功率的6RA70全数字逻辑无环流直流调速装置以及西门子S7-200，还有国产的整流设备。6RA70全数字无环流直流调速装置采用两个高效能的微处理器(C163和C167)承担电枢和励磁回路所有的调节和传动控制功能，完成调速任务，设计容量为6~1900KW，可四象限运行。调速系统为双闭环调速系统，实现了在电流限制下的快速启动。运用转速外环和电流内环。双环采用PID调节器，进行无静差调节控制。
3.3 现场执行设备
图2所示，整个剪臂旋转360度，两剪刃垂直向下对其为剪切位，此时装在驱动电机的后部的电磁感应开关感应到信号送给T400，它用这个信号作为计算位置的开始。切头前，六号热检无信号前转折器在零位，后转辙器与轧制线平行，剪臂处于零位，剪子就绪，当钢头过来时，六号热检首先由信号送给T400和PLC计算延时启动，钢走过剪子1M多时。飞剪剪刃到剪切位将钢切断，进入料斗，此刻剪刃将钢拖入轧制线，剪臂快速停止到停止位。完成一次剪切，碎断时，飞溅启动，后转辙器动作将剪切后的钢导入碎断剪内碎断。在现场有一个重要的设备和其它传动不一样的就是电机后部检测剪切位的电磁感应开关，它在每次剪切时都感应一次信号反馈给T400，T400每次都根据这个信号为基准开始定位，这样就可以消除积累的误差，提高剪切精度。
4.结束语
上述控制原理是飞剪的基本控制理论基础， 随着数字化交 (直传动控制系统的发展，及计算机控制技术在位置随动系统中的不断完善， 飞剪的控制性能如： 剪切尺寸精度、 系统动静态特性也在进一步的提高， 这将极大的推进高速线材轧钢工艺技术的发展 。