基于西門子PCS7系統(tǒng)的冷軋線飛剪自動(dòng)控制研究

馬玉賓

（河鋼集團(tuán)邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

冷軋機(jī)組中的飛剪又稱為滾筒剪，是位于酸洗冷軋線軋機(jī)出口夾送輥之后的帶鋼剪切裝置，其主要作用是按照一定的長度要求對成品帶鋼進(jìn)行剪切，以便于帶鋼分卷。飛剪與后續(xù)的卷曲等工序密切相關(guān)，影響到帶鋼產(chǎn)品的長度規(guī)格，因此對于飛剪的控制精度要求較高，以保證統(tǒng)一的帶鋼長度尺寸。邯鋼冷軋機(jī)組出口飛剪自動(dòng)控制采用西門子PCS7系統(tǒng)，該系統(tǒng)為工業(yè)生產(chǎn)過程控制提供了完全無縫集成的自動(dòng)化解決方案，與6SE70變頻器系統(tǒng)共同對飛剪剪切過程的自動(dòng)化控制，有效保證了剪切的精度。本文介紹了邯鋼冷軋線出口飛剪自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理，對西門子PCS7系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 飛剪的工作過程和控制過程

1.1 飛剪的工作過程

飛剪的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由飛剪電機(jī)、抱閘、齒輪箱、飛剪滾筒、剪縫調(diào)節(jié)電機(jī)等幾部分組成。飛剪運(yùn)行時(shí)，由飛剪電機(jī)提供動(dòng)力帶動(dòng)兩個(gè)飛剪滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，以完成剪切過程。此外，設(shè)備上還裝有兩個(gè)編碼器分別用來測量剪切角度、剪縫距離等參數(shù)。剪縫調(diào)節(jié)電機(jī)則會根據(jù)剪切角度、剪縫等參數(shù)的設(shè)定值對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保剪切面的垂直平整和剪切尺寸的統(tǒng)一。此外，飛剪還設(shè)有接近開關(guān)用來檢測剪子的基本位置。飛剪設(shè)備設(shè)有自動(dòng)剪切和手動(dòng)干涉兩種控制方式，可根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

1.2 飛剪的控制過程

LCO負(fù)責(zé)全線的協(xié)調(diào)控制，飛剪在得到LCO發(fā)出的N秒內(nèi)剪切的控制指令后，PLC首先會根據(jù)測量機(jī)構(gòu)提供的剪縫實(shí)際值與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過剪縫調(diào)節(jié)電機(jī)逐步調(diào)整剪縫達(dá)到設(shè)定值。當(dāng)所有剪切參數(shù)條件滿足后，飛剪控制變頻器和電機(jī)便會在PLC提供的帶鋼剪縫設(shè)定值下，帶動(dòng)飛剪滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行剪切操作。剪切時(shí)，滾筒由0°角基本位旋轉(zhuǎn)到-35°剪切位，滾筒在得到剪切指令后開始旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)飛剪加速并與帶鋼表面接觸以完成剪切。剪切完成后，飛剪迅速停止運(yùn)動(dòng)，并在接近開關(guān)控制下回到基本位等待下一卷剪切指令。

2 飛剪的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

飛剪的控制程序采用了西門子最為先進(jìn)的PCS7系統(tǒng)，該系統(tǒng)是完全無縫集成的自動(dòng)化解決方案，可用于所有的工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域。具有大容量架構(gòu)、在線修改、用戶HMI組件等功能優(yōu)勢，可快速、準(zhǔn)確地完成控制功能?？刂瞥绦蛞訤B2D2V基本驅(qū)動(dòng)模塊作為控制平臺，結(jié)合二級數(shù)據(jù)接收、矢量控制等功能模塊共同完成剪切操作。飛剪傳動(dòng)系統(tǒng)采用多功能集成的模塊式電壓源型6SE70變頻器，逆變器電子箱中包括CUVU系統(tǒng)電子板、CBP通信板以及T400工藝板，各模板間通過雙口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。CUVU電子板的功能主要包括對轉(zhuǎn)矩控制、速度控制、頻率控制等動(dòng)態(tài)化參數(shù)的矢量控制，通過對這些參數(shù)的控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對直接轉(zhuǎn)矩的控制。T400工藝板實(shí)現(xiàn)的功能包括對飛剪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、設(shè)定值路徑的計(jì)算；帶鋼長度閉環(huán)控制；剪切操作模式的選擇；剪切速度的修正以及斷帶監(jiān)視和啟?？刂?。飛剪的閉環(huán)控制系統(tǒng)分為閉環(huán)控制系統(tǒng)和設(shè)定值發(fā)生器兩個(gè)部分。其中閉環(huán)控制由轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速控制、角度位置串列組成；板長剪切按照T400板設(shè)定程序參數(shù)，根據(jù)板帶剪切設(shè)定值與飛剪旋轉(zhuǎn)周長的對應(yīng)關(guān)系，對板帶運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整。

3 飛剪的自動(dòng)控制應(yīng)用

飛剪自動(dòng)控制程序采用西門子PCS7系統(tǒng)，其中飛剪由采用Simatic TDC系統(tǒng)控制。Simatic S7以基本控制模塊FB2D2V作為控制平臺，用于自動(dòng)順序低速控制、二進(jìn)制連鎖和飛剪剪縫調(diào)節(jié)。

3.1 飛剪剪切控制

剪切的關(guān)鍵是要保證位置的準(zhǔn)確，既要使帶鋼被切斷，又要避免飛剪剪縫的重疊。首先，飛剪從零度角基本位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到-35°剪切起始位置，每次剪切均從該位置開始。然后逆時(shí)針加速旋轉(zhuǎn)到剪切位置，此時(shí)飛剪達(dá)到剪切速度開始剪切帶鋼；然后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)至離開板帶的位置，完成對板帶的剪切。

此時(shí)飛剪開始減速直到完全停止，然后按順時(shí)針再次回到零度角基本位，由此完成一個(gè)完整的剪切流程。在剪切過程中，要求帶鋼速度保持在150m/min～300m/min的恒定范圍內(nèi)；緊急剪切時(shí)，最小剪切速度不得小于60m/min，以避免出現(xiàn)卷徑進(jìn)一步加大的情況。剪切位置受帶鋼焊縫的影響，總是將剪切位置設(shè)定在臨近焊縫的窄帶鋼一側(cè)，而這也有利于降低剪切作業(yè)量。

3.2 飛剪剪縫的調(diào)節(jié)

飛剪剪縫的調(diào)節(jié)的精度與剪切效果密切相關(guān)，如果誤差較大不僅影響剪切質(zhì)量，甚至?xí)p壞飛剪。剪縫的設(shè)定值由PLC根據(jù)帶鋼厚度決定，由編碼器進(jìn)行檢測和調(diào)節(jié)。受帶鋼焊縫前后厚度變化的影響，控制系統(tǒng)很難在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行剪縫調(diào)整，此時(shí)調(diào)整將根據(jù)較薄帶鋼來執(zhí)行。

剪縫的調(diào)節(jié)只能由大向小，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)完成調(diào)節(jié)過程。比如實(shí)際剪縫是0.07mm，如果需要得到0.16mm的剪縫，需要先將剪縫調(diào)整到比0.16mm略大一點(diǎn)的值，然后再向0.16mm靠攏。剪縫調(diào)節(jié)過程中還要注意電機(jī)速度變化對調(diào)整精度的影響。飛剪剪子直接與堅(jiān)硬的帶鋼表面進(jìn)行剪切作業(yè)，屬于易于磨損的機(jī)械部件，大量的剪切作業(yè)后會不可避免地出現(xiàn)磨損。因此需要根據(jù)剪切量和飛剪磨損情況不定期地更換剪子，更換后需要依靠剪縫測量系統(tǒng)重新調(diào)節(jié)飛剪位置和剪縫，使其與輥縫平行。

4 結(jié)語

生產(chǎn)實(shí)踐證明，基于西門子PCS7系統(tǒng)的冷軋線飛剪自動(dòng)控制系統(tǒng)具有良好的控制精度，完全滿足了板帶剪切的尺寸精度要求，體現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。