直軋560 飛剪控制的研究

侯新民

（河鋼承鋼線材事業(yè)部，河北 承德 067002）

560 飛剪是由北京京城瑞達(dá)設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)手動切頭、切尾；自動切頭、切尾投入與退出；遠(yuǎn)程觸摸屏調(diào)整切頭、切，尾長度。使飛剪運(yùn)行穩(wěn)定，控制精度高，產(chǎn)品質(zhì)量得到應(yīng)有的保證。實(shí)際生產(chǎn)中由于軋線的設(shè)備都存在自己的特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、安裝、輔機(jī)配套等方面的原因，調(diào)速方式、控制方式選擇不同，造成故障共性存在和個(gè)性產(chǎn)生問題，使軋線軋制速度受到限制，直接影響軋線正常生產(chǎn)。為此，對飛剪的調(diào)速方式、控制精度、外因?qū)︼w剪控制影響提出觀點(diǎn)，并做出相應(yīng)改進(jìn)。

1 飛剪主傳動設(shè)備的選擇

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)。直軋560 飛剪調(diào)速需求電機(jī)能夠快速啟、停，以較快的速度切換晶閘管,因此需使用電樞可逆型。當(dāng)采用反并聯(lián)兩組晶閘管的結(jié)構(gòu)為電樞可逆電路，就會出現(xiàn)環(huán)流問題。為減少環(huán)流對設(shè)備的影響，對兩組晶閘管進(jìn)行控制，使其每個(gè)時(shí)刻只能導(dǎo)通一組，T1（時(shí)間）：D1 ～D4；T2（時(shí)間）：D1 ～D6；T3（時(shí)間）：D3 ～D6；T4（時(shí)間）：D3 ～D2；T5（時(shí)間）：D5 ～D2；T6（時(shí)間）：D5 ～D4；T7（時(shí)間）：D1 ～D4。晶閘管的排列順序（上下各3 組，每組2 只反并聯(lián)）D1 和F4、D3 和F6、D5 和F2、D4 和F1、D6 和F3、D2 和F5,隨時(shí)間進(jìn)行周期無限循環(huán)，實(shí)現(xiàn)邏輯控制。在邏輯控制器中根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，指揮正反晶閘管的通斷，當(dāng)晶閘管正向?qū)〞r(shí)，反向（反并聯(lián)）晶閘管處于待逆變狀態(tài)。在控制方法上，使用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制保證調(diào)節(jié)電機(jī)電流滿足快速的速度設(shè)定，不會產(chǎn)生過大電流對電機(jī)的損壞。這種結(jié)構(gòu)為工程設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)際帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（2） 直流電動機(jī)的四象限運(yùn)行及正反組變流器的狀態(tài)要求。在兩組晶閘管變流器反并聯(lián)可逆系統(tǒng)中，可利用正、反晶閘管變流器分別工作在整流、逆變的四種狀態(tài)，來實(shí)現(xiàn)無環(huán)流狀態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行和回饋制動。具體狀態(tài)如下：第一象限正轉(zhuǎn)電動機(jī)運(yùn)行，n ＞0，Id ＞0；VF（反橋）工作于整流狀態(tài)αF ＜90°，Ed＜Udα。第二象限正轉(zhuǎn)電動機(jī)運(yùn)行，n ＞0，Id ＜0；VR（正橋）工作于逆變狀態(tài)βR ＜90°，Ed ＞Udβ。第三象限正轉(zhuǎn)電動機(jī)運(yùn)行，n ＜0，Id ＜0；VR（正橋）工作于整流狀態(tài)αR ＜90°，Ed＜Udα。第四象限正轉(zhuǎn)電動機(jī)運(yùn)行，n ＜0，Id ＞0；VF（反橋）工作于逆變狀態(tài)βF ＜90°，Ed ＞Udβ。

2 飛剪應(yīng)急相應(yīng)系統(tǒng)配置

生產(chǎn)實(shí)際需求飛剪應(yīng)急相應(yīng)準(zhǔn)確是很高的，使飛剪任何時(shí)刻都具備手動優(yōu)先、人為參與控制。直軋線1#～3#飛剪所有急停繼電器均放置1#～3#飛剪PLC 控制柜內(nèi)，分別設(shè)有3 個(gè)急停繼電器，繼電器正常狀態(tài)線圈全部吸合：2#臺控制柜+P2OS11的急停按鈕-SB99 為常閉點(diǎn)與就地操作臺+BM02LCB11 的急停按鈕-SB99 常閉點(diǎn)串聯(lián)，控制繼電器ETP-K11 線圈；控制繼電器ETP-K11 的常開點(diǎn)串入PLC 輸入模塊IC693MDL655 的B5 點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)傳動與自動化的正常通訊信號正常為1（正常狀態(tài)均為24V高電平），急停時(shí)為0（急停狀態(tài)均為0V 低電平）。提出針對性改善：急停按鈕、繼電器原有為單點(diǎn)控制回路，改為雙點(diǎn)控制回路，提升設(shè)備控制的穩(wěn)定性。

3 飛剪合分閘及速度給定控制

（1）飛剪PLC 柜內(nèi)的傳動合分閘繼電器為1S8-K21，線圈由PLC 模板1S8 的C5 通道控制，控制傳動裝置合閘時(shí)K21 繼電器吸合，分閘時(shí)K21 繼電器釋放。

（2）飛剪傳動裝置的速度給定來自飛剪PLC 系統(tǒng)APM 軸定位模板的±10V 模擬量電壓信號，線號為APM（A）-VEL+和APM（A）-VELCOM，接線端子為DZ_CS3：21 ～22。飛剪傳動裝置CUVC 板X102：17、18（AI2 通道）端子定義為速度給定通道，信號即來自PLC 軸定位模板，通過傳動參數(shù)P443（速度主給定通道）連接K0013（AI2通道）將模擬量電壓信號送入速度給定。

4 飛剪原位標(biāo)定的方法與標(biāo)定容錯(cuò)誤的操作

（1）飛剪原位標(biāo)定的方法。標(biāo)定的具體步驟如下：將就地操作臺上選擇“就地”操作，“就地”指示燈亮。按住就地操作臺上的“故障響應(yīng)”按鈕，在按一下飛剪“投入/原位”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入原位標(biāo)定狀態(tài)，飛剪“投入/原位”燈閃爍。待系統(tǒng)搜索到剪刃原位接近開關(guān)停止后，飛剪“投入/原位”燈繼續(xù)閃爍，操作“反點(diǎn)-停-正點(diǎn)”操作開關(guān)，進(jìn)行正反向點(diǎn)動操作，使剪刃垂直閉合。按下飛剪“關(guān)斷”按鈕，標(biāo)定結(jié)束。按一下飛剪“投入/原位”按鈕，待系統(tǒng)搜索到剪刃原位接近開關(guān)停止后，飛剪“投入/原位”燈常亮，觀察剪刃是否在正常位置，再按一下“單剪切”按鈕，進(jìn)一步觀察剪刃位置。

（2）標(biāo)定錯(cuò)誤的操作。標(biāo)定容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤：將“投入/原位”按鈕和“故障響應(yīng)”按鈕同時(shí)按下，或者先按“投入/原位”按鈕；在飛剪系統(tǒng)進(jìn)入原位標(biāo)定狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)未能搜索到剪刃原位接近開關(guān)停止，就進(jìn)行“反點(diǎn)-停-正點(diǎn)”操作；剪刃未垂直閉合時(shí)，進(jìn)行下一步操作；再次按一下飛剪“投入/原位”按鈕，未能等到系統(tǒng)搜索到剪刃原位接近開關(guān)停止后，飛剪“投入/原位”燈常亮?xí)r；或者最后未進(jìn)行“單剪切”操作，就進(jìn)行軋鋼。以上的狀況是生產(chǎn)實(shí)際存在的錯(cuò)誤操作，以及操作誤差，每次都會影響生產(chǎn)，造成廢鋼。

5 飛剪常見故障及處理方法

（1）系統(tǒng)最常見的是報(bào)21A9 故障，原因時(shí)碼盤故障或碼盤線路受到干擾，解決方法：①更換碼盤；②更換對應(yīng)飛剪傳動柜內(nèi)的脈沖分路器；③檢查碼盤電纜的屏蔽接地是否牢固可靠；④檢查碼盤線路是否受到損壞或干擾。

（2）剪切長度和剪切速度有突變，解決方法：①檢查飛剪1#熱檢、2#熱檢檢測信號是否可靠；②檢查觸摸屏熱檢診斷記錄中1#熱檢、2#熱檢前沿計(jì)數(shù)是否一致或者突變；③檢查觸摸屏測長記錄畫面中的測量值是否有突變；④檢查觸摸屏測量系統(tǒng)畫面中的輥徑是否有突變；⑤必要時(shí)更換APM 軸定位模塊。

（3）原位標(biāo)定時(shí)飛剪低速旋轉(zhuǎn)不停，解決方法：①檢查現(xiàn)場原位接近開關(guān)信號是否正常；②檢查原位接近開關(guān)信號是否能可靠返回到PLC。③改進(jìn)原位接近開關(guān)型號，由原來的Φ16 改為Φ25，同時(shí)加固接近開關(guān)的固定支撐部位，防止飛剪剪切振動引起部件脫落，造成控制信號失控，引起廢鋼產(chǎn)生。

（4）原位標(biāo)定時(shí)飛剪加速旋轉(zhuǎn)，解決方法：①檢查脈沖分路器到APM 的脈沖接線是否可靠；②檢查脈沖分路器到APM 的脈沖信號A、B 相是否接反；③更換脈沖分路器。

6 GE飛剪程序軟件基本操作

CIMPLICITY Machine Edition 應(yīng)用程序恢復(fù)方法如下。

（1） 解壓縮飛剪程序包。打開桌面CIMPLICITY Machine Edition 軟件，選擇cancle（取消）后進(jìn)入畫面，右鍵點(diǎn)擊My computer，選擇Restore 后彈出選擇對話框，如圖1 所示。

圖1 CIMPLICITY Machine Edition 軟件的Projects 欄

選擇文件類型為（*.swxcf），選擇文件chengde_write2_sh.swxcf（二高線飛剪項(xiàng)目文件），點(diǎn)擊打開解壓縮程序包完成。

（2）飛剪控制程序下載。雙擊雙擊左側(cè)項(xiàng)目文件chengde_write_sh 之后顯示三個(gè)剪子程序，在Target 下拉菜單中選擇set active target 的子菜單中的需要激活的程序，在左面被激活的程序顯示粗體黑色，注意只有被激活的子程序才能進(jìn)行具體操作。右擊被選中的子程序，選擇屬性（properties），在彈出的畫面中選擇以太網(wǎng)（ethernet）或者串口（直軋線為com 4）通訊方式，如圖2 所示：直軋線選擇以太網(wǎng)通訊時(shí)候IP 地址設(shè)為：3.0.0.11（1#FJ）；3.0.0.12（2#FJ）；3.0.0.13（3#FJ）。

圖2 選擇以太網(wǎng)、串口通訊方式

需要重新下載程序時(shí)在當(dāng)前激活的子程序下右鍵選擇Download to PLC 后會提示用戶選擇僅下裝軟件或者硬件或是軟硬件同時(shí)下裝。

7 飛剪實(shí)際故障分析與改進(jìn)

（1）內(nèi)部影響因素

①首先查看剪切時(shí)的速度與電流（圖3），如下。

圖3 剪切時(shí)畫面

從此畫面中可以看出，剪切后飛剪速度斜坡斜坡下降時(shí)，電流明顯不正常。

②觀査PDA 曲線（如下圖4），發(fā)現(xiàn)在亂鋼前8 跟鋼坯時(shí)，剪刃位置出現(xiàn)異常（圖4）。

圖4 剪刃發(fā)生位移現(xiàn)象

從上圖可以看出兩個(gè)主要影響因素的問題：①原位接近開關(guān)，原位接近開關(guān)只在投入原位時(shí)起作用，其余時(shí)間不起參控作用，只起到對實(shí)際剪刃位置的監(jiān)控作用。②編碼器方面分析，首先對編碼器脈沖進(jìn)行測定，A、B 相均正常，相差90 度電角度，而且傳動裝置未報(bào)碼盤故障（F042）。③對脈沖分路器進(jìn)行波形監(jiān)測，未出現(xiàn)任何問題。

（2）針對外部原因進(jìn)行分析。剪刃不能正常碎斷引起的異常：機(jī)械設(shè)備誤差存在，造成不能正常剪切；軋件彎頭偏離剪刃不能正常碎斷；軋件彎頭不在正常軌跡，撞在剪頭造成剪刃不在初始位置，造成不能正常剪切。

（3） 解決方案與實(shí)施。對飛剪機(jī)械進(jìn)行下線檢修，排查齒、軸裝配、磨損間隙，利用先進(jìn)儀器檢測靜態(tài)誤差，消除因誤差存在引起剪刃的偏移，對軋件的阻擋，產(chǎn)生廢鋼，造成生產(chǎn)成本的加大，帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

8 結(jié)論

通過對飛剪傳動裝置和控制系統(tǒng)有針對性的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，嚴(yán)格對飛剪的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與維護(hù)過程管控，使得飛剪故障率明顯減低，提高了設(shè)備使用壽命、控制精度，從而降了低事故停機(jī)時(shí)間，穩(wěn)定了生產(chǎn)，提升了直軋產(chǎn)品質(zhì)量。對飛剪的創(chuàng)新性改進(jìn)探索，取得了良好的使用效果，徹底解決因設(shè)計(jì)缺陷和外在原因引起飛剪的剪切精度，確保飛剪各項(xiàng)功能使用。同時(shí)也為飛剪國產(chǎn)化及推廣使用提供了理論和實(shí)踐依據(jù)，達(dá)到了公關(guān)目標(biāo)。