基于T400工艺板的棒材倍尺飞剪控制系统优化 |
| 2012-08-27 13:22 作者：张艳伟 邱星魁 薛海 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网8月27日消息 《硅谷》杂志2012年第14期刊文称，针对原现有的棒材轧线飞剪控制系统中大多采用传统PLC控制剪切方式，存在剪切精度不高，影响产品质量，控制系统复杂等问题，现采用T400剪切工艺板实现棒材倍尺飞剪控制系统优化。利用T400工艺板和6RA70组成的闭环（位置、速度、电流）直流调速控制系统通过对工艺参数的设定，能够精确地对飞剪进行速度和位置控制，实现飞剪工艺的特殊要求。生产运行结果表明，采用T400工艺板优化控制方案后，实现了倍尺飞剪高速精确剪切，达到了工艺要求的控制效果。
为了保证正常的连续轧制，满足最优的工艺要求及轧制事故的处理，剪机在小型棒材连轧机组中扮演着重要的角色。在安钢260机组棒材轧线中共有3台剪机，其中轧机区1#、2#为启停式倍尺飞剪，精整区3#为用于定尺剪切350T摆式冷飞剪。
飞剪控制技术要求精度高、响应速度快、稳定性高、微超前剪切及剪切速度同步等性能，而过去倍尺飞剪控制大多采用PLC技术，使得棒材剪切精度低，剪切断面质量差，倍尺优化数量少，严重制约产量的提升。因此，决定采用西门子T400工艺板控制对1#、2#飞剪控制技术进行优化。
2T400工艺板闭环直流调速系统
在该棒材控制系统中，1#、2#飞剪是启停式飞剪，其臂长为0.65m，性能指标：最高剪切速度21m/s；剪刃定位精度；倍尺剪切精度cm；重复剪切时间小于2s；通过一个减速比为2.22的减速箱由一个550kW的直流电机驱动，基础自动化主要由西门子S7-400完成，飞剪控制采用T400剪切工艺板。T400工艺板与6RA70共同组成了位置、速度、电流闭环直流调速控制系统，通过软件参数设定即可满足特定的工艺要求，其飞剪控制闭环系统如图1所示。
图1飞剪控制闭环系统图
在飞剪控制闭环系统图中，工艺板T400是控制核心，剪切标准CFC程序预置在T400软件内；主传动设备是全数字直流调速装置西门子6RA70，可实现电机的四象限运行，并配置通讯板；驱动电机是Z560-3B型他励直流电机，其参数为：额定功率550KW、额定电压440V、额定电流1340A、过载电流2500A、额定转速500r/min、励磁电压220V、励磁电流29.5A；
在1#、2#飞剪前后分别放置2个热金属检测器，主要任务是检测有无棒材通过；在飞剪轴上装上一个脉冲编码器，用于检测剪刃的位置；在测速辊上装上一个脉冲编码器，用于检测轧件（棒材）的速度/位置；在电机轴上装上一个脉冲编码器，用于检测电机转速。
为了实现倍尺剪切精度、剪刃定位精度、防於剪切等，现场需提供三个信号：一是飞剪前热金属检测器（离飞剪5~10m）；二是飞剪后热金属检测器（离飞剪剪刃离合位置30~50m）；三是剪刃闭合位置接近开关（DC24VPNP型高频）。这些信号传送到T400工艺模块并经过运算处理，后经6RA70箱的高速双口RAM传送到主控制模块和通讯模块中。飞剪运行参数如当前角度、热检状态、剪刃状态等均可在6RA70箱的参数窗口进行监控。并可以通过轧线PLC实现重要的工艺参数从HMI（触摸屏）上进行修改、设置，还可以模拟飞剪的工作状态，不再新上专用的飞剪PLC，节省了费用支出。
3飞剪剪切过程原理
剪机的剪切过程有两个重要指标，一是速度控制，即使剪刃从静止状态逐步加速到与棒材相匹配的速度；二是位置控制，即一般分为两个阶段，即当剪切完成后使剪刃在给定的角度内逐步减速到静止状态，然后由位置控制过程将剪刃重新定位在起始位置。
图2剪切过程一个工作周期的速度曲线图
工艺板T400开始工作后，即开始检测剪刃位置（即图2中的SP点），对剪刃位置进行调整，使其停在初始位置，并发出剪切准备好信号。此后剪机的速度是根据工艺要求及剪刃的位置而变化先后经历了五个阶段：
1）加速段（F_HOEH）：剪机传动控制加速速度的速度参考值，将随棒材的位置值及剪刃的实际位置的变化而变化，其实际运算的结果是一条逐渐上升的曲线；
2）剪切段（F_KONST（F_KURV））：速度参考值是以恒定速度或变速进行剪切的，直到剪刃在LM点处（如图2所示）离开棒材后为止，速度控制才进入下一阶段。
3）制动段（F_BDEMS）：在此阶段剪机速度将从剪切速度值减速至0，到达制动停止位BP点，而后进入反向旋转的下一阶段即定位段。
4）定位段（F_POS）：为使剪刃回到起始位置，剪机需从BP点反转（与剪切时方向相反），进而回至起始位置。在定位段中，由于不像加速段和剪切段时间及速度参考值要依据棒材速度而定（这是因剪切时剪刃的水平速度要与棒材速度一致。否则，就无法完成正常的剪切动作，造成轧制事故产生），因而其速度参考值可在调试时通过控制程序设定，其值大小可随意设定，但要以剪机定位后不会影响下一次剪切动作的完成为前提，即保证剪机定位必须要在下一次剪切信号发出之前完成。
5）定点段（F_HALT）：当剪刃的实际位置与起始位置的差值在某一很小的范围内时，剪刃即能较准确地停在起始位SP点。当定点段结束后，剪刃已停在正确起始位置上，等待下一次剪切信号发出。
上述的5个阶段是针对剪机工作过程中的切头切尾和倍尺剪切动作而言的。在这些剪切的过程中，剪机传动控制每次只完成一个单独的动作周期。但对剪机准备剪切之前，剪刃的实际位置也许在任何位置，为保证剪机准确地完成上述的工艺动作过程，就需要对剪机进行标定，使其剪刃一开始就停在起始位置，这样，我们就需要确定标定速度，有时，在轧制过程中，我们还需在事故状态下进行碎断，因此我们还需对碎断时剪机速度进行确定，这两种情况下的速度给定，与上述的工艺剪切时的速度计算是完全不同的。
4应用效果
1）T400是插在传动控制系统上的，与传动系统通过背部总线进行通讯，硬件资源可以共享，维护方便；在T400内部固化了一套CFC程序，如飞剪减速比、热检距离、停止角度、死区时间、长度误差补偿等重要参数均可在6RA70箱的参数设置窗口中进行设置；永久保存，掉电不丢数据。
2）为了克服抛钢和咬钢速度的影响，防止前滑和积累误差，采用了飞剪后热检实际测（一般倍尺的一半），与成品机架码盘测相结合的方式，使倍尺精度达到较高水平。
3）采用T400作为倍尺飞剪控制核心，其程序扫描时间为1.6ms，而直流传动的控制死区时间是3.3ms，完全满足系统最小扫描时间要求，大大提高了剪切精度，减少了堵钢、跑钢事故的发生，提高了生产效率。（原文载于《硅谷》杂志2012年第14期，硅谷网及《硅谷》杂志版权所有，未经允许禁止转载）
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