高速棒材軋機(jī)和線材軋機(jī)中飛剪的自動控制

周剛

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

關(guān)鍵詞：高速棒材軋機(jī)；線材軋機(jī)；飛剪；自動控制

中圖分類號：TG333.21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）20-0157-01

在熱連軋中，理論上應(yīng)該能夠控制剪切時序，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)而使坯料在加工過程中不會出現(xiàn)切得過長、過短、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)和線材軋機(jī)的通病就是在軋制過程中坯料會出現(xiàn)漏剪、過長過短、彎頭或彎尾等不足，會導(dǎo)致降低成品的成材率，引起全線堆鋼。對于對高線廠而言，則會影響集圈區(qū)，對小連軋棒材倍尺剪而言，則會引起成品的彎曲。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控制系統(tǒng)、飛剪的自動控制以及高速棒材軋機(jī)和線材飛剪安裝調(diào)試的經(jīng)驗。

1 高速棒材軋機(jī)和線材軋機(jī)飛剪控制系統(tǒng)的組成

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

操作站設(shè)定級主要作用是對加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，通過畫面設(shè)定該飛剪是否動作、定尺長度、切頭或切尾、速度糾正因子等。該公司高線飛剪的操作站用GE的Cimplicity。小連軋飛剪的操作站用ABB的Advant-station。

小連軋飛剪的過程控制站用ABB的MP260，作用是完成與飛剪自動控制相關(guān)的物料跟蹤的時序互鎖、剪切長度控制算法、速度設(shè)定等任務(wù)。高線飛剪過程控制站采用INNOVATION CONTROLLER（即UC）。小連軋飛剪、高線飛剪的傳動執(zhí)行級分別有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)對外部檢測元件的響應(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)和線材軋機(jī)飛剪的自動控制

從工作原理上講，飛剪速度是根據(jù)過速因子、軋線速度、刀片直徑和齒輪箱速比進(jìn)行計算的，從而形成飛剪的速度參考值，并將該值的百分比信號傳給裝置形成裝置的速度參考值。在ABB系統(tǒng)、GE系統(tǒng)中分別通過總線Master Field Bus90、IS BUS總線將百分比信號傳給調(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鐘功能，控制著飛剪開始動作、加速和激活同步的時間。定位功能、時鐘功能分別對應(yīng)著DSDP140B定位板、DSDP150時鐘板。時鐘板和定位板的作用是分別是計算出加速時間并傳給定位板、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信號和定位開關(guān)，直接接入 INNOVATIONDRIEV的ATBA板上，由傳動柜的DSPX板完成控制任務(wù)和與PLC的信息交換。在生產(chǎn)過程中，減速箱的齒輪間隙會導(dǎo)致刀片位置的移動，工作一段時間后需要對其進(jìn)行糾正，不然會導(dǎo)致剪切失敗而堆剛。通過生產(chǎn)實(shí)踐探究，利用飛剪每轉(zhuǎn)一圈檢測到的一個脈沖，以識別刀片的位置并進(jìn)行自動校正。該識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)傳動系統(tǒng)接到來自PLC的啟動剪切命令后，刀片向剪切位置以計算所需的剪切速度，刀片進(jìn)入剪切位置時的速度已達(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)置報警參數(shù)，兩種系統(tǒng)設(shè)置的報警參數(shù)分別為：DSDP14B、DSDP150故障、啟動失敗以及接近最大轉(zhuǎn)距等；過電流IOS、IOA、IOB和位置出錯等。

3 切頭和切尾預(yù)定時間的計算

飛剪的操作是由HMD激發(fā)的，對于不同剪切要求進(jìn)行預(yù)設(shè)定。假如HMD與刀片閉合之間的距離、要求的切頭長度、切尾長度、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、Lh、Lt、Vm、S、tF，則切頭預(yù)定時間tph為tph=（L-S+Lh）/Vm-tF，切尾預(yù)設(shè)定時間為tpt=（L-S- Lt）/ Vm-tF。

4 安裝調(diào)試經(jīng)驗

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，合上傳動柜進(jìn)入開始狀態(tài)，此時飛剪工作就會產(chǎn)生震動，但轉(zhuǎn)換為曲柄方式卻不會發(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高。

4.2 高速線材軋機(jī)飛剪的GE系統(tǒng)

GE軟件中能計算出系統(tǒng)的慣量，但存在誤差，所以這個慣量要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗進(jìn)行評估。在GE系統(tǒng)中有控制系統(tǒng)本身響應(yīng)的變量，調(diào)試時要格外重視，特別是高速線材軋機(jī)飛剪的響應(yīng)。高速線材軋機(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。

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