棒材飞剪的自动化控制

张丽丽

本文分析了棒材飞剪的原理，阐述了系统硬件和网络的配置要求，讲解了利用PLC控制系统进行棒材飞剪的自动化控制的功效，希望对提高棒材飞剪自动化控制水平有所帮助。

【关键词】飞剪 自动化控制 PLC

在对棒材进行连轧生产中，经常出现拉钢或者堆钢现象，严重影响了生产的速度。飞剪是连轧生产中的关键设备，对于整个生产线的连续生产有着重要的作用，提高飞剪控制系统的稳定性以及控制效率，可以有效提高整体的生产量，增强经济效益。

1 飞剪原理

飞剪是按照相关尺寸需求对于运行中的轧件进行剪切的机器，可以快速切断铁板、钢管等材料，在冶金行业应用十分广泛。在棒材飞剪过程中，由于特殊的工艺需求，有连续式、间歇式、起停式几种剪切方式，这些剪切方式要求电机一直处于间歇性工作状态，一小时接通次数甚至能达到数百次，导致电机非常容易出现过载现象，所以飞剪设备对其自身的控制系统要求非常高，首先必须要有快速启停功能，其次必须要控制精准，能进行准确的剪切定位。飞剪在整个工艺流程中有切头、分段、切尾的作用，飞剪的电机上面可以实时检测剪刃的位置以及速度，配备有热金属检测器可以有效对钢件的头尾进行区分。飞剪上的控制系统可以根据金属检测器的数据实时了解轧件的头尾位置，根据生产的具体要求控制剪刃剪切，同时当发生故障时能及时预警，根据检测情况自动做出报废切除动作。

2 飞剪自动控制难点

在实际的分段剪切中，要保证剪刃在轧件运动方向上的分速度等于或者稍大于轧件的运动速度，才能顺利进行分段剪切工作，假如剪刃在轧件运行方向上的分速度较小，就会影响后边轧件的切除，造成堆钢现象；当分速度过大时，会造成拉钢现象，不仅严重降低了剪切质量，还会造成剪刃的磨损加剧，降低剪刃的使用寿命。另一个控制的难点就是剪刃位置的控制，只有精确的位置才能保证所剪切的棒材符合要求。

3 对系统硬件以及网络配置要求

以起停式剪切机为研究对象，主要控制部分包括现场HMI操作系统、PLC控制系统、传动系统三部分组成，飞剪机的自动润滑系统也属于PLC进行控制。PLC系统主要用于采集、控制数据，HMI系统可以对采集到的数据进行调整监测，电机传动系统是由逆变器配合整流单元组成，将高压母线上的电流通过变压器进行降压处理。利用逆变器装在直流电压回路中可以有效代替多个元件发挥作用。

4 系统功能的实现

4.1 系统组件

利用PLC以及传动变频器来进行所有功能的控制，为高精度进行控制，可以采用T400专用控制板，PLC可以购买西门子CPU317-2DP，比以往的CPU315-2DP，控制更加精确，性能更好，假如是一个以太网接口，一个DP接口，则选择2PN/DP，在接线时不能将线路混淆。其他的辅助功能块比如FB841可以对润滑油进行有效控制，FB865可以对废料收集进行简单的控制，整个控制系统还包括一些对飞剪位置以及速度的控制模块。系统中功能块FB820可以实现传动控制，通过对分合闸的控制来实现对整个传动过程的有效控制，同时可以讲一些控制中的具体参数数据及时传输到CPU中。

4.2 飞剪速度位置控制

对飞剪速度以及位置的控制可以用功能块FB903来实现，利用角度来表示剪刃的具体位置，剪刃运行一个周期是360°，以剪刃竖直向下作为0°，剪刃的工作初始位置是沿着逆时针旋转60°，当剪刃位置发生异常时，可以利用控制系统实现复位功能，同时为避免意外情况，剪刃上面附带手动调节功能，当剪刃处于加速状态时，加速到逆时针315°，这时候的飞剪沿轧件运动方向上的速度小于轧件的运行速度，当剪刃到30°时，剪刃的运行状态比较稳定，可以实现与轧件同步或者略高于轧件速度，当剪切工作完成后，剪刃自动减速并回到初始位。利用PLC进行控制可以根据现场的实际需求，选择某一个出口机架的轧件运行速度作为参考，计算轧件的速度，然后设置相应的剪刃运行速度。进行角度控制时，可以利用T400控制板实现精确控制，在PLC与传动装置之间实现数据交换，把PLC中接收到的数据进行计算并以角度的形式表示出来反馈到现场HMI的显示器中。

4.3 剪切长度控制

根据剪切的需求，需要分别对切头、分段、切尾剪切进行控制，根据实际的控制需求采取不同的控制模块进行控制，避免各个控制模块之间的相互干扰，同时便于操作维护。首先采取热金属检测器准确对头部进行定位，为了确认头部位置可以利用长度脉冲当量进行数据校准。假设飞剪从启动到与轧件运动速度相同所花费的时间是t1，整个剪切过程所用时间为t2，在进行剪切长度的计算时必须由飞剪启动到完成整个剪切的总时间t1+ t2来确定。然后对飞剪下来的成品利用FC808进行计算校核，校核时考虑到附加条件对剪切精度的影响，比如冷缩率、倍尺根数等，然后根据分段长度、修正长度以及热金属检测器到飞剪剪切位置距离从而算出最终的剪切长度。最后采用T400工艺板可以避免剪刃加速过程中出现的时间误差，并且可以在工作中对于剪切长度进行及时调整，避免突发状况，不仅提高了剪切精度，还进一步提高了工作效率。

4.4 现场人机操作

可以通过对现场终端的操作，来实现功能以及参数的设定，可以进行速度设定、功能选择、长度设定、测量模式选择等多种操作，同时系统的自动检测报警功能及时的屏幕中显示出传动故障以及系统故障，以方便技术人员及时的检查维修。

5 结束语

棒材飞剪的过程需要精准的控制以及高效的工作效率，对于自动化控制的要求非常高。不仅仅是速度、长度方面的控制，整个飞剪设备运行过程中各个环节的稳定控制都非常重要。在利用自动化系统进行控制时，从细节出发，针对每一个模块進行精准的控制，可以极大提高整个飞剪设备的生产效率，避免一些不必要的问题出现，提高工厂的经济效益。

参考文献

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[3]王丰.棒材生产线自动控制系统改造设计[J].机床与液压，2010（14）：114-116.

作者单位

河钢宣钢一钢轧厂 河北省宣化县 075100