起停式飞剪在不剪切时是静止的,当发出剪切信号后剪刃从起始点开始加速运行,要求在剪刃运行角度250°内加速到剪切速度(最高19m/s),剪切完成后,立即制动,要求在250°内制动至零速,然后准确反爬至起始点。其中剪切信号是否能准确无误地发出和剪刃的定位精度是否能满足要求,是飞剪能否可靠工作和倍尺精度控制的关键。该飞剪采用Siemens6RA70全数字装置作为飞剪电机电气传动控制系统,它具备的强大功能和数字系统的精确性完全能胜任飞剪频繁、快速的起、制动的苛刻要求。采用S72300PLC智能模块和对各种干扰因素考虑完备的软件控制飞剪的剪切和剪刃的定位,保证了飞剪动作的可靠性和倍尺精度。采用SiemensTP170B彩色触摸屏或上位机作为人机对话设备,并通过Profibus2网相DP连,其硬件配置如图1所示。为了保证飞剪速度给定的精确性和可靠性,由PLC测算的速度信号及PLC发出的运行、止命令通过DP网送至停6RA70系统,6RA70系统的工作状态也通过DP网送至PLC。在操作台上,触摸屏或上位机实现了人机对话,操作者根据工艺要求,输入倍尺长度、修正系数、成品轧机辊径、飞剪速度超前系数等参数,并可随时修改。同时,飞剪的工作状态、故障信号等也在触摸屏或上位机上显示,极大方便了操作。轧机的码盘与之相连 。采用系统定时中断的方 法 ,测量每个单位时间进入 A5 的脉冲数 ,
由于脉 冲当量已知 ,因此便可实时测量轧件的线速度 , 以 便飞剪随时跟踪这个速度 。高 速计数器 A6 用来测算剪刃的位置 ,飞剪本 体码盘与之相连 。通过测量 A6 的脉冲 ,便可 获得 剪刃的位置 。剪刃运行一周即 360° 的脉冲数 P周 可根据式 (2) 计算 :(2)P周 = P剪 剪 i 式中 ,P剪 为飞剪本体码盘脉冲数 ; 剪 为飞剪减速 i 比。 典型的棒材全连轧 精轧区布置见图 2。倍尺 飞剪的工作原理如下 : 当轧件头部到达热金属检 测器 RJ3 时 , 立即启动高速计数器 A4, 这时将式 ( 3 ) 计算出的长度 L 预置 乘以 Q 作为预置值送至 A4。(3)L预置 =(L倍尺 +L1 -L2 ) 式中 ,L倍尺 为用户设置的倍尺长度 ;L1 为 RJ3 至 3 # 飞剪的距离 ;L 2 为剪刃从起始位到达剪切位轧件 走过的长度 。 —A8 数字量输入模块 ;A9,A10— 数字量输出模块
当 A4 计数值达到预置值时 ,PLC 产生中断信 号给 6RA70,飞剪立即启动 , 其速度给定 为成品轧 机线速度乘以飞剪速度超前系数 , 其中 , 成品轧机 线速度由 A5 实时测算 ,飞 剪速度超前系数由用户 根据需要在触摸屏上或上位机设定 。当飞剪完成 剪切后 ,本体接 近开关动作 ,A6 立即启动 , 测算现 在剪刃的位置 。当剪刃到达制动点时 ,PLC 产生 中 断 ,将速度给定从剪切速度切换到制动速度 , 飞 剪立即制动 。当剪刃速度减至零时 , 将 速度给定 切换到反爬速度 , 反爬速度给定的大小与剪刃至 起始位的距离成正比 ,如式
(4 ): (4)V反爬 =KS 式中 ,V反爬 为反爬速度给定 ; K 为常数 ( K 越大 , 反 爬速度 越快 );S 为剪刃现行位与起始位的距离 。 从式 (4) 可以看出 , 剪刃距起始位的距离越
2 工作原理与控制过程
高速计数器 A4 用来测算轧件的长度 ,成品轧 机的编码器与之相连 。在输入辊径后 , 脉冲当量 可根据式 (1)计算 : Q=(P轧 轧 ×000)/(πD轧 )i1
(1) 式中 ,Q 为脉冲当量 ,脉冲 /m; P 轧 为成品轧机码盘 脉冲数 ; 轧 为成品轧机减速比 ;D 轧 为成品轧机辊 i 径 ,mm。 当输入倍尺长度后 , 用脉冲当量乘以倍尺长 度 ,就可以计算相应的脉冲数 。一旦 A4 计数脉冲 到达该值 ,就发出剪切信号 。 高速计 数器 A5 用来测算轧件的线速度 ,成品 近 ,速度给定越小 ,反爬速度越慢 。当剪刃速度达 到最大速度的 1%时 , 保持这个速度 , 当剪刃到达 起始位时 ,PLC 再次产生中断 , 封锁 6RA70, 使剪 刃准确停在起始位值 , 剪切二次后 , 将 2L倍尺 +L预置 作为预置值 , 以此 类推 。采用这种方法以后 , 有效地解决了这个问 题。 (4)实现尾部优化 。尾部长短不一的问题一 直是困扰生产线的 问题 。尤其是在坯料不规矩的 生产厂 ,矛盾更为突出 。坯料不规矩使最终轧材 的长度差 别很大 ,尾部不是太短上不了冷床 , 就是 太长跑出冷床 。按部就班地按不变的倍尺剪切已 不适应 ,为此 , 我们采用尾部优化方法 。首先 , 计 算钢尾到达 RJ2 时的轧材长度 L :(5) L=(TV 轧 +L1 +C1 ) 式中 , T 为钢尾从 RJ2 至 RJ3 的时间 , 这个时间可 通过 PLC
测出 ;V轧 为成品轧机的线速度 ;C1 为钢 尾到 RJ2 时 A4 的现行计数值 。 计算出 L 后 , 便可得知继续按正常倍尺剪切 所剩的尾部长度时 , 如果尾部长度小于上冷床的 最短 长 度 , 就 将 尾 部 前 一 段 的 长 度 设 置 更 改 为 L倍尺 -L定尺 (定尺长度 )或 L倍尺 -2L 定尺 ,也就是将 1 倍或 2 倍定尺长度移给尾部 , 很好地解决了尾部 过短的 问题 。其中 , 定尺长度可在触摸屏或上位 机上输入 。
3 特点 我院的起停式飞剪控制有几个特点 :(1)倍尺精度高 。由于轧线速度很高 , 控制时 间上有 任何微小差异 , 都会影响倍尺精度 。例如 : 轧线速度为 16m/s,PLC 的扫描周期会造成 80mm 的误差 ,DP 网的传输时间会造成 >200mm 的误 差 。因此 ,在剪切信号的发出 、 剪刃定位等与倍尺 精度有关的关键信号上 , 采用了高速计数器中断 、高速计数器直接输 出与 DP 网传输并存方式 ,避免 了由于 PLC 扫描周期影响和 DP 网传输时间长造 成的 长度误差 ,提高了倍尺精度 。 (2)防止定位干扰 。本体接近开关信号是飞 剪定位的关键 点 ,当这个信号发出后 , 开始测算剪 刃位置 ,如果有干扰信号误动作 , 飞剪定位就会出 现误差 ,严重时还可能出现连剪 。为此 , 我们采用 了如下方法 : 当 PLC 发出飞剪启动 信号时 ,打开本 体接近 开 关 信 号 通 道 , 接 近 开 关 信 号 便 可 进 入 PLC,当 PLC 接到接近开关信号后 , 立即关闭这个