棒材飛剪的自動(dòng)化控制

張麗麗

本文分析了棒材飛剪的原理，闡述了系統(tǒng)硬件和網(wǎng)絡(luò)的配置要求，講解了利用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行棒材飛剪的自動(dòng)化控制的功效，希望對提高棒材飛剪自動(dòng)化控制水平有所幫助。

【關(guān)鍵詞】飛剪 自動(dòng)化控制 PLC

在對棒材進(jìn)行連軋生產(chǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)拉鋼或者堆鋼現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的速度。飛剪是連軋生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，對于整個(gè)生產(chǎn)線的連續(xù)生產(chǎn)有著重要的作用，提高飛剪控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及控制效率，可以有效提高整體的生產(chǎn)量，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益。

1 飛剪原理

飛剪是按照相關(guān)尺寸需求對于運(yùn)行中的軋件進(jìn)行剪切的機(jī)器，可以快速切斷鐵板、鋼管等材料，在冶金行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。在棒材飛剪過程中，由于特殊的工藝需求，有連續(xù)式、間歇式、起停式幾種剪切方式，這些剪切方式要求電機(jī)一直處于間歇性工作狀態(tài)，一小時(shí)接通次數(shù)甚至能達(dá)到數(shù)百次，導(dǎo)致電機(jī)非常容易出現(xiàn)過載現(xiàn)象，所以飛剪設(shè)備對其自身的控制系統(tǒng)要求非常高，首先必須要有快速啟停功能，其次必須要控制精準(zhǔn)，能進(jìn)行準(zhǔn)確的剪切定位。飛剪在整個(gè)工藝流程中有切頭、分段、切尾的作用，飛剪的電機(jī)上面可以實(shí)時(shí)檢測剪刃的位置以及速度，配備有熱金屬檢測器可以有效對鋼件的頭尾進(jìn)行區(qū)分。飛剪上的控制系統(tǒng)可以根據(jù)金屬檢測器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)了解軋件的頭尾位置，根據(jù)生產(chǎn)的具體要求控制剪刃剪切，同時(shí)當(dāng)發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)預(yù)警，根據(jù)檢測情況自動(dòng)做出報(bào)廢切除動(dòng)作。

2 飛剪自動(dòng)控制難點(diǎn)

在實(shí)際的分段剪切中，要保證剪刃在軋件運(yùn)動(dòng)方向上的分速度等于或者稍大于軋件的運(yùn)動(dòng)速度，才能順利進(jìn)行分段剪切工作，假如剪刃在軋件運(yùn)行方向上的分速度較小，就會(huì)影響后邊軋件的切除，造成堆鋼現(xiàn)象；當(dāng)分速度過大時(shí)，會(huì)造成拉鋼現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重降低了剪切質(zhì)量，還會(huì)造成剪刃的磨損加劇，降低剪刃的使用壽命。另一個(gè)控制的難點(diǎn)就是剪刃位置的控制，只有精確的位置才能保證所剪切的棒材符合要求。

3 對系統(tǒng)硬件以及網(wǎng)絡(luò)配置要求

以起停式剪切機(jī)為研究對象，主要控制部分包括現(xiàn)場HMI操作系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)三部分組成，飛剪機(jī)的自動(dòng)潤滑系統(tǒng)也屬于PLC進(jìn)行控制。PLC系統(tǒng)主要用于采集、控制數(shù)據(jù)，HMI系統(tǒng)可以對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整監(jiān)測，電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)是由逆變器配合整流單元組成，將高壓母線上的電流通過變壓器進(jìn)行降壓處理。利用逆變器裝在直流電壓回路中可以有效代替多個(gè)元件發(fā)揮作用。

4 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)組件

利用PLC以及傳動(dòng)變頻器來進(jìn)行所有功能的控制，為高精度進(jìn)行控制，可以采用T400專用控制板，PLC可以購買西門子CPU317-2DP，比以往的CPU315-2DP，控制更加精確，性能更好，假如是一個(gè)以太網(wǎng)接口，一個(gè)DP接口，則選擇2PN/DP，在接線時(shí)不能將線路混淆。其他的輔助功能塊比如FB841可以對潤滑油進(jìn)行有效控制，F(xiàn)B865可以對廢料收集進(jìn)行簡單的控制，整個(gè)控制系統(tǒng)還包括一些對飛剪位置以及速度的控制模塊。系統(tǒng)中功能塊FB820可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)控制，通過對分合閘的控制來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)傳動(dòng)過程的有效控制，同時(shí)可以講一些控制中的具體參數(shù)數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)紺PU中。

4.2 飛剪速度位置控制

對飛剪速度以及位置的控制可以用功能塊FB903來實(shí)現(xiàn)，利用角度來表示剪刃的具體位置，剪刃運(yùn)行一個(gè)周期是360°，以剪刃豎直向下作為0°，剪刃的工作初始位置是沿著逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，當(dāng)剪刃位置發(fā)生異常時(shí)，可以利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能，同時(shí)為避免意外情況，剪刃上面附帶手動(dòng)調(diào)節(jié)功能，當(dāng)剪刃處于加速狀態(tài)時(shí)，加速到逆時(shí)針315°，這時(shí)候的飛剪沿軋件運(yùn)動(dòng)方向上的速度小于軋件的運(yùn)行速度，當(dāng)剪刃到30°時(shí)，剪刃的運(yùn)行狀態(tài)比較穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)與軋件同步或者略高于軋件速度，當(dāng)剪切工作完成后，剪刃自動(dòng)減速并回到初始位。利用PLC進(jìn)行控制可以根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際需求，選擇某一個(gè)出口機(jī)架的軋件運(yùn)行速度作為參考，計(jì)算軋件的速度，然后設(shè)置相應(yīng)的剪刃運(yùn)行速度。進(jìn)行角度控制時(shí)，可以利用T400控制板實(shí)現(xiàn)精確控制，在PLC與傳動(dòng)裝置之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，把PLC中接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并以角度的形式表示出來反饋到現(xiàn)場HMI的顯示器中。

4.3 剪切長度控制

根據(jù)剪切的需求，需要分別對切頭、分段、切尾剪切進(jìn)行控制，根據(jù)實(shí)際的控制需求采取不同的控制模塊進(jìn)行控制，避免各個(gè)控制模塊之間的相互干擾，同時(shí)便于操作維護(hù)。首先采取熱金屬檢測器準(zhǔn)確對頭部進(jìn)行定位，為了確認(rèn)頭部位置可以利用長度脈沖當(dāng)量進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)。假設(shè)飛剪從啟動(dòng)到與軋件運(yùn)動(dòng)速度相同所花費(fèi)的時(shí)間是t1，整個(gè)剪切過程所用時(shí)間為t2，在進(jìn)行剪切長度的計(jì)算時(shí)必須由飛剪啟動(dòng)到完成整個(gè)剪切的總時(shí)間t1+ t2來確定。然后對飛剪下來的成品利用FC808進(jìn)行計(jì)算校核，校核時(shí)考慮到附加條件對剪切精度的影響，比如冷縮率、倍尺根數(shù)等，然后根據(jù)分段長度、修正長度以及熱金屬檢測器到飛剪剪切位置距離從而算出最終的剪切長度。最后采用T400工藝板可以避免剪刃加速過程中出現(xiàn)的時(shí)間誤差，并且可以在工作中對于剪切長度進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，避免突發(fā)狀況，不僅提高了剪切精度，還進(jìn)一步提高了工作效率。

4.4 現(xiàn)場人機(jī)操作

可以通過對現(xiàn)場終端的操作，來實(shí)現(xiàn)功能以及參數(shù)的設(shè)定，可以進(jìn)行速度設(shè)定、功能選擇、長度設(shè)定、測量模式選擇等多種操作，同時(shí)系統(tǒng)的自動(dòng)檢測報(bào)警功能及時(shí)的屏幕中顯示出傳動(dòng)故障以及系統(tǒng)故障，以方便技術(shù)人員及時(shí)的檢查維修。

5 結(jié)束語

棒材飛剪的過程需要精準(zhǔn)的控制以及高效的工作效率，對于自動(dòng)化控制的要求非常高。不僅僅是速度、長度方面的控制，整個(gè)飛剪設(shè)備運(yùn)行過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定控制都非常重要。在利用自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，從細(xì)節(jié)出發(fā)，針對每一個(gè)模塊進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，可以極大提高整個(gè)飛剪設(shè)備的生產(chǎn)效率，避免一些不必要的問題出現(xiàn)，提高工廠的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者單位

河鋼宣鋼一鋼軋廠 河北省宣化縣 075100