冷軋連退線圓盤剪自動控制與優(yōu)化

河鋼唐鋼信息自動化部 楊 勛

冷軋連退線圓盤剪自動控制與優(yōu)化

河鋼唐鋼信息自動化部 楊 勛

冷軋連退生產(chǎn)線的出口區(qū)域都會裝備了一套圓盤剪設(shè)備。連退生產(chǎn)線鋼帶切邊是非常重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，它會直接決定連退線出口產(chǎn)品的質(zhì)量，如果設(shè)備運行不穩(wěn)定或操作不當還會影響整條生產(chǎn)線的節(jié)奏及產(chǎn)量。本文著重介紹了連退線圓盤剪的剪切原理、控制方案及做的重要優(yōu)化。

1.圓盤剪的剪切原理

圓盤剪的刀片呈圓盤狀，它的主要特點是通過的一對圓盤剪刃剪切在運行中的帶鋼。為了提高連退線產(chǎn)品剪切質(zhì)量，就要重點關(guān)注影響圓盤剪剪切力和剪切質(zhì)量的要點，即圓盤剪上下剪刃的重合量、間隙、控制穩(wěn)定性、精確性等。

圓盤剪主要由固定底座、寬度調(diào)整裝置、機架旋轉(zhuǎn)臺、切邊剪、廢邊碎斷裝置、剪縫調(diào)整裝置等組成。除固定底座和寬度調(diào)整裝置外，其余均可分為操作側(cè)和驅(qū)動側(cè)兩個機架，兩部分的構(gòu)造和功能完全相同，左右對稱。在固定底座上安裝有導軌，滑動底座安裝在導軌上面，可左右滑動對剪切寬度進行調(diào)整。機架旋轉(zhuǎn)臺安裝在滑動底座上，所有的剪刃及其剪縫調(diào)整裝置均安裝在機架旋轉(zhuǎn)臺上。

圖1 圓盤剪結(jié)構(gòu)示意圖

圓盤剪是由上下錯位、垂直的兩片圓形刀片組合而成的。在工作時，根據(jù)產(chǎn)線中帶鋼的厚度及寬度，調(diào)節(jié)兩個圓盤剪刃之間的重疊量和間隙。調(diào)整到合適的數(shù)值后，刀片會給通過剪刃間的帶鋼施以一定的剪切力，使帶鋼與刀片接觸區(qū)域發(fā)生變形。隨著咬入深度的增加，帶鋼的變形量也會隨之增加。當變形量達到一定程度時（一般為帶鋼厚度的1/4～3/4）受壓部分就從原板上斷裂。從而就能剪切帶鋼的邊部。

2.圓盤剪自動控制系統(tǒng)

為了保證圓盤剪的穩(wěn)定、高效、精確運行，連退線圓盤剪自動控制系統(tǒng)采用了性能領(lǐng)先的西門子S7—400 PLC和SINAMICS系列變頻驅(qū)動產(chǎn)品。

2.1 圓盤剪的定位控制

圓盤剪的控制程序完全集成在出口順控PLC里，通過接受二級及MRG的帶鋼厚度、寬度、線速度及控制字等，同時監(jiān)控圓盤剪區(qū)域設(shè)備的狀態(tài)，操作工可以通過HMI和本地操作臺對圓盤剪進行操作，HMI的組態(tài)軟件為Wincc，可以顯示圓盤剪的各種參數(shù)、選擇控制模式、修改設(shè)定參數(shù)等。操作臺用于對圓盤剪各個設(shè)備及其功能的操作，共有3種可選模式：全自動、半自動和手動。PLC通過采集編碼器的數(shù)值對圓盤剪剪刃的重疊量、間隙、圓盤剪寬度、碎邊剪寬度等進行精確的定位控制，程序根據(jù)實際位置和設(shè)定位置的偏差，算出相應的調(diào)整電機的速度設(shè)定值，當位置偏差較大時，速度輸出較大，偏差小時則降低調(diào)整電機的速度以實現(xiàn)精確定位。變頻電機的控制系統(tǒng)也配有測量電機轉(zhuǎn)速的速度編碼器，這樣作為調(diào)整執(zhí)行機構(gòu)的電機就在位置和速度雙閉環(huán)的模式下運行，實現(xiàn)精確定位。

2.2 自動換邊控制

自動換刀功能由3個順序控制實現(xiàn)，程序編譯在出口順控PLC內(nèi)。當操作工給出換刀指令時，圓盤剪各個設(shè)備按以下順序執(zhí)行：首先將工作位的重疊量完全打開，然后圓盤剪機架向外移出到最大位置，到位后機架鎖緊銷打開，旋轉(zhuǎn)臺開始做1800旋轉(zhuǎn)，備用側(cè)與工作側(cè)轉(zhuǎn)換完成后鎖緊銷關(guān)閉，機架移入到設(shè)定寬度，到位后調(diào)整剪縫至設(shè)定值，生產(chǎn)線啟動。

3.圓盤剪剪刃旋轉(zhuǎn)電機軟化控制

圓盤剪剪刃旋轉(zhuǎn)電機的額定功率偏小，自主調(diào)節(jié)能力較差，容易受到帶鋼影響，因此該電機經(jīng)常報電機過流或過溫故障。為了降低電機報警的次數(shù)保證生產(chǎn)的順利進行，增加伺服電機的軟化控制。連退線的圓盤剪剪刃調(diào)整電機是由西門子SINAMICS S120系列變頻器驅(qū)動的1PH81系列伺服電機實現(xiàn)刀頭旋轉(zhuǎn)的。伺服控制模式下沒有激活軟化控制功能，因此需要編程增加該功能。編程過程如下：

圓盤剪剪刃旋轉(zhuǎn)電機的主速度設(shè)定分為兩部分，P1155和P1160,兩部分的絕對值相加即得到主速度設(shè)定值。P1155參數(shù)連接的為基礎(chǔ)自動化發(fā)給傳動的速度設(shè)定值，即為帶鋼運行的線速度值，由于傳動控制器只能接收轉(zhuǎn)速形式的速度設(shè)定值，因此基礎(chǔ)自動化要根據(jù)減速比和剪刃的直徑來折算出電機的轉(zhuǎn)速值N。

N=VL*i/πD

N為電機轉(zhuǎn)速；

VL為連退線的帶鋼線速度；i為電機齒輪箱的減速比；D為圓盤剪的剪刃直徑；

在此公式的基礎(chǔ)下，剪刃電機會得到精確的轉(zhuǎn)速設(shè)定來匹配線速度運行。但是，當速度存在些許偏差時，電機額定功率很小，會被動的跟隨帶鋼的運行速度，這就會造成電機負擔明顯加重。

TQ=TP+Ti

TQ為電機的總轉(zhuǎn)矩輸出；

TP為電機轉(zhuǎn)矩的比例部分；

Ti為電機轉(zhuǎn)矩的積分部分。

當存在速度偏差Δ時，TP=ΔV*P，Ti=∫ΔV（t）dt，根據(jù)公式可得出TP常量，而Ti會隨著時間t的增加而累計，這就會導致TQ累計增大。從而引發(fā)電機過電流或者定子溫度過高。軟化控制就是弱化ΔV對電機轉(zhuǎn)矩輸出的影響。這就用到了速度設(shè)定中的領(lǐng)一個參數(shù)P1160。參數(shù)編程如下：

P1160=r20111，r20110.1=r1482，r20110.2=P2900，P20112=1，P20113=270，P2900=-0.5%。程序的意義為，把P1160設(shè)置成一個動態(tài)的數(shù)值r20111,該數(shù)值為r20110.1與r20110.2的乘積即為讓P1160=r1482*P2900=-0.5%*Ti。

NTOTAL=P1155+P1160=N-0.5%*Ti，當控制系統(tǒng)中存在ΔV時，Ti會隨著t的增加而累計增大，從而NTOTAL會相減小速度偏差的方向偏移，使ΔV減小直到ΔV=0達到一個新的動態(tài)平衡，從而有效的減少了TQ值，進而避免的電機過電流及電機過溫的報警。

4.結(jié)論

冷軋連退線圓盤剪具有自動刀、自動調(diào)整剪縫的功能，并且增加了剪刃旋轉(zhuǎn)電機的軟化控制功能，可在僅全線出口停機的情況下快速更換剪刃，使生產(chǎn)節(jié)奏更順暢，減少了設(shè)備的負擔，節(jié)省了維護時間，提高了連退生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。