基于PLC的高精度飛剪控制系統(tǒng)

摘 要：軋鋼過程中，飛剪系統(tǒng)控制水平的高低對于提升軋鋼行業(yè)的技術(shù)水平具有重要作用，本文將就PLC在飛剪系統(tǒng)中的應(yīng)用展開說明。

關(guān)鍵詞：PLC；飛剪；控制系統(tǒng)；精度

在線材軋制過程中，對鋼坯的要求較高，因而鋼坯頭部（或尾部）的不規(guī)則部分以及溫度低的部分需要通過剪切去除，以確保軋制工序的順利進(jìn)行。就我國當(dāng)前控制系統(tǒng)的剪切水平而言，剪切定位不精確、運行期間穩(wěn)定性差、剪切速度不高等問題還普遍存在，影響了我國線材軋制水平的提高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提升，可編程控制系統(tǒng)（PLC）在工業(yè)、機械制造等多個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在提升制造行業(yè)的可靠性和專業(yè)性方面具有巨大的優(yōu)勢。如可利用PLC提升飛剪控制精準(zhǔn)度，是本文主要解決的問題。

1 飛剪控制系統(tǒng)組成及控制

1.1 飛剪系統(tǒng)介紹

高線飛剪多采用回轉(zhuǎn)剪，剪切時速度快、剪切軋件半徑小。軋件以一定的速度進(jìn)入，經(jīng)兩側(cè)熱檢后，進(jìn)入設(shè)在第12號和底13號機架之間的飛剪。剪機根據(jù)上游發(fā)布的信號設(shè)定剪切長度，利用專業(yè)的計算軟件計算出剪切周期，剪機按照預(yù)設(shè)周期運行，完成對軋件的剪切。

1.2 飛剪控制系統(tǒng)

1.2.1 組成 飛剪控制系統(tǒng)包括兩臺PLC，其中主控PLC的型號為GE 90-30，用以采集軋線信息的PLC型號為90-70，兩臺機器通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接。主控PLC框架中包括六個模塊，分別為電源模塊、364CPU模塊、軸定位模塊、高速計數(shù)器模塊、數(shù)字量輸入模塊和輸出模塊。軋件剪切前機架編碼器信號計數(shù)、用以捕捉軋件頭尾的熱金屬檢測器信號的處理工作是由高速計數(shù)器模塊完成的。剪刀機電機轉(zhuǎn)速、夾送棍電機轉(zhuǎn)速、剪刀機角度等參數(shù)的控制由軸定位模塊輸出和完成。飛剪參數(shù)的設(shè)置、飛剪運行的監(jiān)控可通過觸摸屏完成，一般觸摸屏選用GP系列的工業(yè)觸摸屏，由電源模塊上的兼容串行接口與PLC進(jìn)行通訊；剪前機架的編碼器信號經(jīng)過編碼分配器時，將信號分為幾部分，其中一路進(jìn)入飛剪控制PLC，用來計算軋件的運行速度；同時，經(jīng)過飛剪傳動電機編碼器處理的信號再次分配，一部分進(jìn)入PLC用來計算飛剪角度的控制，另一路用來傳動裝置閉環(huán)控制。熱金屬檢測器是用來檢測熱金屬運動方向和頭、尾出現(xiàn)時刻的裝置，是現(xiàn)場檢測信號的主要來源。機架、飛剪的直流電動機的整流器可采用相同的信號，一般采用西門子6RA70 SIMOREG DCMASTER系列整流器。

1.2.2 控制原理 常規(guī)剪切系統(tǒng)中存在的主要問題是剪切定位準(zhǔn)確度不高，運行穩(wěn)定性差、剪切速度緩慢等，而飛剪控制系統(tǒng)則通過軟、硬件的配合，將上述問題進(jìn)行有效消除。其控制原理如下：首先，軋件頭部剪切超前問題和尾部滯后問題的解決。軋件頭部剪切時，剪機的啟動或停止應(yīng)利用預(yù)先設(shè)定的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且剪切機剪刃的水平分速度應(yīng)等于或大于軋件速度；而在對軋件尾部進(jìn)行剪切時，則應(yīng)使分速度小于軋件速度。其次，軋件進(jìn)速問題的解決。軋件進(jìn)入剪切機前的速度可通過輥徑法或測量法進(jìn)行計算。輥徑法計算的依據(jù)為剪前機架壓輥直徑、電機轉(zhuǎn)速和機械速度比三相參數(shù)；測量法原理為：飛剪前兩個安裝熱金屬檢測器，高速計數(shù)器自軋件頭部或尾部到達(dá)第一個熱金屬檢測器時開始計數(shù)，到頭、尾信號到達(dá)第二個熱金屬檢測器時終止，兩次計數(shù)值對應(yīng)兩個熱金屬檢測器之間的長度距離，據(jù)此計算軋件在每個脈沖周期中走過的距離。在實際生產(chǎn)中，兩種方法可同時采用，互補優(yōu)勢，使剪切長度得到精確的控制。最后，飛剪啟動問題的解決。飛剪速度基準(zhǔn)值根據(jù)飛剪前機架速度的基準(zhǔn)值和超前系數(shù)計算而得，超前系數(shù)可根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)?shù)谝粋€熱金屬檢測器檢測到軋件頭部或尾部時，PLC系統(tǒng)即可開啟速度基準(zhǔn)值的計算。飛剪電機采用恒加速方式啟動，然后根據(jù)剪刃從原位啟動加速到達(dá)到剪切位置的時間，計算出系統(tǒng)發(fā)出飛剪啟動指令的最佳時機。

1.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件程序由軋線信號及處理、軋件頭部和尾部剪切操作、飛剪驅(qū)動、夾送輥操作、報警等幾大模塊組成。系統(tǒng)軟件要解決的核心問題是對剪切過程中產(chǎn)生的各種檢測信號進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并根據(jù)信號對相應(yīng)設(shè)備的操作進(jìn)行自動化控制，這種自動化控制是通過以上幾大模塊的協(xié)調(diào)作用，依次完成接收信號、分析信號、處理完畢后，控制各對應(yīng)設(shè)備的啟動、制動等系列操作。

1.3.1 PLC程序設(shè)計 本次設(shè)計飛剪系統(tǒng)的PLC程序采用的編寫軟件為Logicmaster 90，利用模塊化方式進(jìn)行程序編寫。其中，主程序中包含的模塊如圖1所示。

1.3.2 觸摸監(jiān)控器畫面制作與功能 此次控制系統(tǒng)的觸摸監(jiān)控器的觸摸畫面采用Pro2face顯示，在HM I畫面中可完成多項操作功能，如剪切超前、滯后，控制切頭或切尾長度的功能；熱檢信號監(jiān)控功能；切尾、切頭、切廢選擇功能；剪切位置監(jiān)控功能以及應(yīng)急剪切選擇功能等，另外還能完成HM I參數(shù)，按鈕和PLC之間的交互通訊功能。

2 總結(jié)

在軋鋼電氣工程中，飛濺控制系統(tǒng)是最復(fù)雜、涉及面最廣的組成部分，在軋鋼過程中，做好準(zhǔn)確、可靠的控制系統(tǒng)，對于提升我國整體軋鋼水平具有十分重要的作用。利用PLC控制系統(tǒng)，提升飛剪控制系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性、先進(jìn)性，不僅可以提高軋件的剪切質(zhì)量，對于減少金屬資源浪費，提高軋鋼行業(yè)的生存率，也具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李天真，蕢秀惠.基于PLC的高精度飛剪控制系統(tǒng)[J].機電工程，2010（01）：100-102.

[2]于洋.基于PLC平臺的棒材飛剪自動控制系統(tǒng)設(shè)計[D].青島理工大學(xué)，2014.

[3]蕢秀惠.軋鋼系統(tǒng)中高精度飛剪控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2009.

[4]付聰.基于PLC的飛剪控制系統(tǒng)在連退機組的應(yīng)用[J].科技視界，2014（07）：106+148.

作者簡介：王克亮，1974年出生，1996年參加工作至今主要從事冶金傳動、自動化專業(yè)工作，目前在北方工業(yè)大學(xué)就讀在職工程碩士，控制工程專業(yè)，主要研究方向為軋鋼控制，學(xué)號2014331110108。