馬鋼酸洗線圓盤剪的控制原理與應(yīng)用

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，這種剪切機的兩個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)縱向剪切運動著的鋼板或帶鋼。馬鋼連續(xù)酸洗生產(chǎn)線2012年6月投入生產(chǎn)，使用的是被動拉剪式圓盤剪。本文重點介紹圓盤剪的基本結(jié)構(gòu)、工藝以及控制原理與特點，以供參考。每對刀片與鋼板中心線傾斜一個不大的角度。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)

圓盤剪本體無傳動裝置，刀片的旋轉(zhuǎn)由具有一定張力的運動帶鋼來帶動，從而實現(xiàn)拉剪。為了使已切掉板邊的鋼板在出圓盤剪時能夠保持水平位置，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，被剪掉的板邊將劇烈地向下彎曲。為了防止鋼板進入圓盤剪時翹曲，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，采用無動力回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，用于按設(shè)定的寬度對帶鋼邊部進行剪切。在機組兩側(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)動齒輪齒條來進行180°回轉(zhuǎn)；在剪切框架回轉(zhuǎn)到位之后，由液壓缸驅(qū)動鎖緊機構(gòu)對機架進行鎖緊。當(dāng)其中一套刀頭正常剪切時，另一套刀頭可以進行更換調(diào)整工作。剪切框架的寬度調(diào)整，可以通過齒輪電機驅(qū)動滾珠絲杠，使剪切框架在底座滑軌上進行滑動來實現(xiàn)。當(dāng)寬度調(diào)整到位后，將通過螺紋液壓缸對機架進行鎖緊。

在刀盤入口設(shè)置有一對壓輥和支撐輥。壓輥裝置可以通過液壓缸驅(qū)動，用于防止帶鋼抖動和支撐帶鋼，以保證剪切質(zhì)量。圓盤剪剪切后的廢料，將通過溜槽進入碎邊剪進行碎邊剪切。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)自動化系統(tǒng)由控制器PLC、HMⅠ系統(tǒng)、工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、現(xiàn)場遠程Ⅰ/O站ET200和編程裝置等設(shè)備構(gòu)成，如圖2。在本機組中選擇 SⅠEMENS 的 SⅠMATⅠC S7-400 作為控制器。整個機組設(shè)PLC三臺，每個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)場設(shè)備之間的通訊使用PROFⅠBUS DP方式進行，每個PLC設(shè)有多個PROFⅠBUS DP接口，用于連接遠程 ⅠO、傳動裝置、編碼器、現(xiàn)場儀表、及CPC和EPC裝置等。圓盤剪控制系統(tǒng)通過 1塊 CPU416-2帶 2個 PROFⅠBUS DP網(wǎng)絡(luò)，完成包括機架寬度調(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架的旋轉(zhuǎn)、圓盤剪機架的寬度調(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?？刂品绞接惺謩雍妥詣觾煞N方式。

5.2 手動控制

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

5.3 自動控制

自動方式下圓盤剪的控制根據(jù)主控的狀態(tài)信息和啟動信號由自動步完成。對于前后兩卷鋼卷，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)整的自動步；(3)U-NU，將調(diào)用圓盤剪寬度自動步，將圓盤剪機架調(diào)寬到等待位置；(4)NU-U，將首先調(diào)用圓盤剪移動到等待位置自動步，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)整的自動步。

5.4 對圓盤剪消除機械間隙功能的優(yōu)化

如圖4所示，馬達的轉(zhuǎn)動帶動絲桿轉(zhuǎn)動，也同時帶動編碼器轉(zhuǎn)動，并轉(zhuǎn)換為圓盤剪刀架的橫向移動，從而實現(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)動改成反向轉(zhuǎn)動時，一開始絲桿和編碼器一起轉(zhuǎn)動，而此時螺母卻不移動，造成刀架未移動，這種位置傳感器檢測到位置變化而實際位置未發(fā)生變化的現(xiàn)象，是由設(shè)備機械間隙造成的。由于編碼器校準(zhǔn)時是在關(guān)閉方向，為了消除上述機械間隙造成的位置控制誤差，讓設(shè)備最后動作都按關(guān)閉的方向動作。如要從現(xiàn)在位置A點移至C點，先打開至B點，然后再關(guān)閉至C點。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，先將距離調(diào)整到比目標(biāo)值大的某個數(shù)值，然后再慢速關(guān)閉到目標(biāo)值。我們在PLC程序中增加了消除間隙自動調(diào)整的調(diào)用程序塊,結(jié)合原設(shè)計程序中的控制方式,應(yīng)用閉環(huán)控制系統(tǒng)理論,通過絕對值編碼器的實時檢測,不僅實現(xiàn)了圓盤剪的機械間隙實時反饋,還實現(xiàn)了間隙的自動精確調(diào)整。經(jīng)過改進至今,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 圓盤剪的機械間隙調(diào)整

6 結(jié)束語

現(xiàn)場生產(chǎn)情況證明，馬鋼酸洗圓盤剪的控制系統(tǒng)自動可靠、操作便捷、降低勞動強度。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)濟效益。