高速棒材轧机和线材轧机中飞剪的自动控制

摘 要：文章分析了某公司高速棒材轧机和线材轧机飞剪的控制特点及调试，主要介绍了飞剪电气自动控制系统，并对速度控制和速度补偿进行了分析。

关键词：高速棒材轧机；线材轧机；飞剪；自动控制

中图分类号：TG333.21 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）20-0157-01

在热连轧中，理论上应该能够控制剪切时序，使飞剪刀片与坯料之间的精确度以及剪切速度得以确保，进而使坯料在加工过程中不会出现切得过长、过短、弯头或弯尾等现象，从而保证产品的尺寸。但是在实际轧制过程中影响飞剪精确剪切的因素很多，例如孔型变化、轧制速度等，弯头或弯尾现象的出现不可避免。高速棒材轧机和线材轧机的通病就是在轧制过程中坯料会出现漏剪、过长过短、弯头或弯尾等不足，会导致降低成品的成材率，引起全线堆钢。对于对高线厂而言，则会影响集圈区，对小连轧棒材倍尺剪而言，则会引起成品的弯曲。为了提高轧制产品的合格率，保证产品的尺寸精度，现阶段采用直流控制法控制两者的飞剪。采用直流控制对控制电机和控制系统提出了更高的要求，也是保证轧机高通过率的关键。随着变频技术的发展和控制精度的提高，飞剪的控制方式已开始向交流变频发展。本文主要介绍了某公司飞剪电气自动控制系统、飞剪的自动控制以及高速棒材轧机和线材飞剪安装调试的经验。

1 高速棒材轧机和线材轧机飞剪控制系统的组成

该公司高速棒材轧机和线材轧机飞剪各有三台，均匀分布于精轧区（高速棒材轧机飞剪两台、线材轧机飞剪两台）和粗轧区（高速棒材轧机和线材轧机飞剪各一台）。无论是高速棒材轧机飞剪还是线材轧机飞剪的控制系统都分为上、中、下三级，上级为操作站设定级、中间为过程控制级、下方为传动执行级。

操作站设定级主要作用是对加工参数进行设定，通过画面设定该飞剪是否动作、定尺长度、切头或切尾、速度纠正因子等。该公司高线飞剪的操作站用GE的Cimplicity。小连轧飞剪的操作站用ABB的Advant-station。

小连轧飞剪的过程控制站用ABB的MP260，作用是完成与飞剪自动控制相关的物料跟踪的时序互锁、剪切长度控制算法、速度设定等任务。高线飞剪过程控制站采用INNOVATION CONTROLLER（即UC）。小连轧飞剪、高线飞剪的传动执行级分别有DCV700全数字直流调速装置、INNOVN-TION DRIVE全数字交流调速装置完成。两种系统的操作原理基本一致，差别在于GE的控制元件接至传统控制柜内，这样的优点是系统对外部检测元件的响应更快，使剪切精度更高，而ABB的控制元件接至PLC上，由PLC完成运算。

2 高速棒材轧机和线材轧机飞剪的自动控制

从工作原理上讲，飞剪速度是根据过速因子、轧线速度、刀片直径和齿轮箱速比进行计算的，从而形成飞剪的速度参考值，并将该值的百分比信号传给装置形成装置的速度参考值。在ABB系统、GE系统中分别通过总线Master Field Bus90、IS BUS总线将百分比信号传给调速装置、INNOVA-TION DRIVE全数字交流调速装置。

ABB飞剪自控具有定位和时钟功能，控制着飞剪开始动作、加速和激活同步的时间。定位功能、时钟功能分别对应着DSDP140B定位板、DSDP150时钟板。时钟板和定位板的作用是分别是计算出加速时间并传给定位板、产生速度参考值及加速补偿值，并将该值传给控制装置。

在GE系统中，将HMD信号和定位开关，直接接入 INNOVATIONDRIEV的ATBA板上，由传动柜的DSPX板完成控制任务和与PLC的信息交换。在生产过程中，减速箱的齿轮间隙会导致刀片位置的移动，工作一段时间后需要对其进行纠正，不然会导致剪切失败而堆刚。通过生产实践探究，利用飞剪每转一圈检测到的一个脉冲，以识别刀片的位置并进行自动校正。该识别脉冲的安装原则是低速区安装，不能安装在高速区。当传动系统接到来自PLC的启动剪切命令后，刀片向剪切位置以计算所需的剪切速度，刀片进入剪切位置时的速度已达到预定的参考值。当刀片到达剪切完成位置后，系统立即将速度控制模式转换成位置控制模式，刀片减速运行到零位，准备下一次剪切。

ABB和GE两种系统出于生产安全考虑都需要设置报警参数，两种系统设置的报警参数分别为：DSDP14B、DSDP150故障、启动失败以及接近最大转距等；过电流IOS、IOA、IOB和位置出错等。

3 切头和切尾预定时间的计算

飞剪的操作是由HMD激发的，对于不同剪切要求进行预设定。假如HMD与刀片闭合之间的距离、要求的切头长度、切尾长度、轧制速度、刀片与棒材接触点到刀片闭合之间的距离分别为L、Lh、Lt、Vm、S、tF，则切头预定时间tph为tph=（L-S+Lh）/Vm-tF，切尾预设定时间为tpt=（L-S- Lt）/ Vm-tF。

4 安装调试经验

4.1 高速棒材轧机飞剪

高速棒材轧机的剪切速度在1.0～18 m/s之间，与之对应的棒材规格为10～40 mm。高速棒材轧机飞剪在工作时有两种方式即回转方式和曲柄方式。两种方式所适用的范围不同，通常情况下速度较高时采用回转方式，轧制35 mm以上的大规格采用曲柄方式。生产实践表明，在回转方式下，合上传动柜进入开始状态，此时飞剪工作就会产生震动，但转换为曲柄方式却不会发生这种现象。生产实践表明，产生此现象的原因可能是回旋方式飞剪速度过高。

4.2 高速线材轧机飞剪的GE系统

GE软件中能计算出系统的惯量，但存在误差，所以这个惯量要根据实际生产经验进行评估。在GE系统中有控制系统本身响应的变量，调试时要格外重视，特别是高速线材轧机飞剪的响应。高速线材轧机飞剪的速度高惯量大，在实际操作中要注意力矩的跟随性。

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