飞剪控制
CERI起停式飞剪控制原理x.ppt
LPP=L/N
– LPP—脉冲当量 – L—HMD-1~HMD-2之间的距离 – N—轧机头部通过HMD-1~HMD-2时记录的脉
冲数
• 计算工作辊径：
Dw=LPP*PPR*i/
4.轧件长度测量及剪切长度控制
• 以上两种方法的优缺点：
– 辊径优先：LPP值稳定不变（优） 辊径估计不准，辊径变化不能自（缺）。 好的工艺师对工作辊径的估计误差为1%左
CERI起停式飞
剪控制原理
（培训提纲）
Final stand
HMD-0 M
HMD-1 M
PG
Start_stop shear skematic diagram
Pinchroll
Shear
HMD-2
M
M PG
PG
T400
CBP profibus
A B Z
A B Z
Siemens S7-300 PLC
4.轧件长度测量及剪切长度控制
• 清除测量记录的几种情况：
– 出口机架切换 – 进入退出模拟剪切 – 轧线长时间停止15以上(可能换辊) – 手动清除：诊断功能，测量记录，清除
5.轧件线速度测量
• 线速度等于脉冲当量乘以脉冲频率 V=LPP*f/1000
– V—线速度（m/s） – LPP—脉冲当量 – f—脉冲频率
• 碎料收集装置：带有剪前转辙器，带有剪 后切废导板，左右料箱，料箱切换溜槽。
3.飞剪控制系统配置
3.2 电气部分 • 检测元件：
– HMD-0、HMD-1、HMD-2 – 轧线出口脉冲编码器 – 电机轴脉冲编码器 – 原位接近开关 – 润滑油压力开关 – 飞轮投入接近开关 – 曲柄投入接近开关
柳钢1450mm热连轧线飞剪控制优化实践
257管理及其他M anagement and other柳钢1450mm 热连轧线飞剪控制优化实践张晓勇1，耿 伟2，谭铁泳3（广西柳州钢铁集团有限公司，广西 柳州 545002）摘 要：简述柳钢1450热轧线飞剪设备结构形式和自动控制步序，分析影响飞剪剪切精度和运行稳定性的主要因素，通过飞剪设备精度控制、飞剪刀片质量标准管理及维护、飞剪剪切控制逻辑优化及现场运行环境提升等措施，进一步提高飞剪运行稳定性和剪切精准度，减少生产故障，降低飞剪切损率，有效提高生产效益。
关键词：飞剪；剪切；控制中图分类号：TG334.9 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）18-0257-2收稿日期：2020-09作者简介：张晓勇，男，生于1981年，汉族，河北邢台人，本科，助理工程师/高级技师，研究方向：热轧带钢生产工艺的研究。
飞剪是热轧生产线中不可或缺的设备，其位于热轧生产线热卷箱和精除鳞箱之间，主要用于剪切中间坯头尾不规整部分，提高精轧机咬入和抛钢安全稳定性，避免头尾轧制时发生变形不量引起的废钢事故，同时提高成品卷的头尾卷形外观质量。
随着传统热连轧生产线向着高效稳定的生产模式发展，飞剪的稳定高精度运行已经成为生产中至关重要的因素，减少剪切不断、剪切粘刀、刀片崩裂等剪切事故，提高剪切长度控制精准度，在保证剪切质量的前提下减少切损率，有效提升生产效率和成材率指标。
1 飞剪设备结构柳钢1450热轧线飞剪为转鼓式飞剪，结构如图1，主要由飞剪本体装配、接轴、减速机、主电机等部件组成。
主传动带动下转毂，通过安装在转毂两端的两对同步齿轮传动上转毂。
上、下转鼓共有两对刀片，每个刀片均有锁紧缸锁紧刀片[1]。
图1 飞剪结构组成2 飞剪剪切自动控制分析飞剪剪切控制分为切头剪切控制和切尾剪切控制，分别剪切中间坯头部和尾部不规整部分，保证精轧头部穿带和尾部抛钢的安全[2]。
当中间坯头尾触发飞剪前面的HMD405热检检得和检失信号时，根据热检到飞剪中心线距离和设定切头、切尾的长度，以及飞剪从起始位置运行到剪切位置的时间，进行跟踪计算飞剪剪切启动时间，飞剪信号逻辑控制如下图2。
论述稳定飞剪头尾剪切长度的技术改造
论述稳定飞剪头尾剪切长度的技术改造在高速线材轧制厂中，飞剪起着至关重要的作用，是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的关键设备。
1 飞剪的主要功能飞剪主要完成轧件的切头、切尾和事故剪切功能。
飞剪的头尾剪切功能在轧制工艺中非常重要，它能够切除轧件易出事故的头尾，是保证轧件高通过率的关键。
飞剪头尾剪切长度的稳定控制在飞剪的控制技术中极为重要，一方面必须保证切除干净轧制工艺所要求的长度，如果短于要求的长度会导致轧件易出事故的头尾部分残留造成堆钢，另一方面剪切长度不宜超出设定长度，否则会切掉完好的轧件，造成头尾剪切损耗过大，从而降低成材率。
我厂飞剪头尾剪切的长度一直不稳定，实际偏离设定长度较大，有时比设定长度长一些，有时又比设定短很多。
剪切长度的不稳定，容易造成堆钢事故，影响生产的顺利行进。
2 飞剪的头尾剪切控制的基本原理我厂飞剪的电控系统采用美国GE公司的GE90-30系列PLC与西门子6RA70系列直流传动装置。
其头尾长度的控制主要使用GE90-30系列PLC的高速计数器HSC，轧线上的两个热检信号和上机架的脉冲编码器信号送入高速计数器，当轧件通过第1个热检时高速计数器开始对脉冲编码器信号计数，当轧件通过第2个热检时将计数值保存到存储器中，计数器继续计数。
根据保存到存储器中的计数值计算轧件出口速度与脉冲当量，最终计算出切头启动的计数值，当高速计数器一直累加的计数值达到高速计数器启动计数值，则启动切头，切尾的原理与切头大致相同。
飞溅控制系统图如图1所示：图1 飞剪控制系统图3 稳定头尾剪切长度的技术改进措施3.1 增加热检来稳定1#热检预置信号，精确脉冲当量计算飞剪剪切长度变化时，经常是由于脉冲当量计算不准确导致。
脉冲当量的含义为单个脉冲对应轧件所走的距离，是头尾剪切计算的重要依据。
脉冲当量通过两个热检之间的实际距离除以轧件通过2#热检时保存的计数值得到。
两个热检之间的实际距离固定，但轧件通过2#热检时保存的计数值与两个热检的信号有关。
棒材倍尺飞剪的控制与优化
棒材倍尺飞剪的控制与优化2009年第6期昆钢科技KungangKej棒材倍尺飞剪的控制与优化杨仲康林舒俊王华轩杨云(棒线厂)2010年1月摘要昆钢棒材生产线的起停式倍尺飞剪在采用穿水工艺后,不能正常工作.在对其检测系统和电机编码器进行改进优化后,飞剪正常运行.关键词棒材倍尺剪穿水冷却面积传感器ControllingandOptimizationofBarD0uble—lengthFlyingShearYangZhong——kangLinShu-jUDWangHua——xuanYangYun(Bar&WireSteelRollingPlant)AbstractThestart—stopdouble—lengthflyingshearofbarproductionlineinKISCwasn'tworkingproperlyafter throughwatercoolingtechn0logy.FlyingshearisworkingproperlyafterInitsinspectionsyst emalqdthemotorencoderimprovementsandptimization. KeyWordsbardouble—lengthflyingshear;throughwatercoolingtechnology;areasensors 倍尺飞剪是棒材生产的关键设备,它直接影响生产率和成材率.昆钢80万吨棒材生产线(简称:轧钢第一作业区)于2004年4月建成投产,主要生产012ram～40mmⅡ,Ⅲ级热轧带肋钢筋,倍尺飞剪南北京钢铁设计院设计电控系统并进行调试,它操作简单,维护方便,工作稳定,剪切精度高,能够获得最大的产品收得率.该系统在生产线采用穿水冷却新技术后,出现了不剪切的问题,经过改进优化,倍尺飞剪动作的可靠性和倍尺精度得到保证.1设计原理起停式飞剪在不剪切时是静止的,此位置称之为原位,当控制系统发出剪切信号时,剪刀机从静止迅速加速到最高速度对轧件进行分断剪切,剪切完成后迅速停止于原位,其运转不大于一周.整个倍尺飞剪由机械部分和电气部分组成.剪机为组合式结构,分3种形式:回转式,曲柄式,曲柄+飞轮式;传动系统为美国GE公司全数字直流调速装置6KDV31350Q4F40D3型;电机采用上海南洋电机厂生产的ZTFS一315—42型280KW低惯量电机(满足起,停要求),额定电压440V,额定电流704A,基速650r/min,励磁电压220V,励磁电流24A.控制系统由CPU,高速计数器模块(HSC),轴定位模块(APM),数字输人输出模块(DI/D0)等组成.检测系统由HMD一0,HMD一1,HMD一2(热金属检测器),轧线出口脉冲编码器,电机轴脉冲编码器组成,见图1.昆钢科技2009年第6期(誓0谁牦I乏一一.0一:二j0二二圈lIs控利糸统Figure1ControlSystemofFlyingShear1.1轧件长度测量及剪切长度控制原理式中:LPP一一脉冲当量,mm;飞剪系统对轧件长度的测量及剪切长度控制原Dw——工作辊径,ram;理如式(1),轧件通过长度与单位脉冲对应,当PPR一一编码器每转脉冲数;成品轧机工作辊径不变时,LPP基本为常数,L与Ni一一轧机减速箱速比,倍. 成正比,长度测量变成脉冲计数.通过两个HMD测量脉冲当量的方法称为测量L:N×LPP(1)优先,即直接测量法,计算公式为式(3):式中:L一一轧件长度,mm;N——成品轧机编码器输出脉冲数,个;LPP一一脉冲当量,mm.式(1)可理解为:假设HMD一1,HMD一2之间的距离为10米,所需分段的倍尺长度为100米,轧件头部通过此l0米的时间为1秒,计数器所记录的出口机架脉冲数为10240个,那么在轧件速度稳定的情况下lO秒后计数器所记录的出口机架脉冲数为102400个,轧件通过长度为100米,此时达到设定长度,控制系统发出命令启动飞剪,从而得到一个倍尺品.1.2脉冲当量的计算脉冲当量的计算有两种方式:辊径优先和测量优先.从工作辊径计算脉冲当量的方法称为辊径优先(理论计算法),计算公式为式(2):LPP=竹Dw/(PPRxi1(2)LPP=L/N(3)式中:LPP一一脉冲当量,mm;L一一HMD一1～HMD一2之间的距离,mm;N一一轧件头部通过HMD一1～HMD一2时记录的脉冲数,个.两种计算方法各有优,缺点.对于辊径优先而言,其优点是:脉冲当量值稳定不变,即脉冲当量的稳定度非常好;缺点是:1)辊径估计不准.工艺上有两个辊径,即工作辊径和辊环直径.轧线上设置的出口线速度是按照工作辊径计算出来的,而轧件实际行走的线速度是比设置的出口线速度快的,轧件经过轧辊的挤压有一定的前滑量,前滑值一般在3%～5%之间,因此,在飞剪设置工作辊径时可以按工艺工作辊径×5%进行设置.辊环直径是所安装的轧辊的最大辊径,因此在辊径估计不准时,可以先按辊环直径进行设置.2)辊径变化2009年第6期杨仲康,林舒俊,王华轩等:棒材倍尺飞剪的控制与优化不能自适应.在轧钢的过程中,随着时间的推移,因为下列原因可导致工作辊径的变化:轧辊压下量调整,轧辊磨损,轧辊温度变化引起的轧辊变形等等.而辊径优先法永远按照设定辊径进行测长,测速,剪切,对辊径的变化不能自动改变.对于测量优先而言,其优点是:脉冲当量值准确度高,能自动适应辊径变化;缺点是:易产生随机误差.测量优先的脉冲当量值完全依赖于轧件头部瞬间经过HMD一1和HMD一2热金属检测器时,能否被检测到.对于辊径优先和测量优先的使用通常是根据两种测量方法的优势和缺陷,可以在轧钢的初期,即调试完成后第一次轧钢,或更换热检后或调整热检角度及灵敏度后或调整热检位置后的第一次轧钢,或增加水冷以后的第一次轧钢,操作人员对热检检测不信任时,先用辊径优先法,待在轧辊压下量调整完毕,轧件尺寸合格后,经过几根钢的轧制,十个脉冲当量的测量值偏差均在2‰以内,确认热检测量准确后,再使用测量优先.1.3应急剪切模式倍尺飞剪的应急剪切模式,是针对当来自出口机架脉冲信号有故障时或HMD一1或HMD一2有故障时,在轧线速度稳定时,也可获得较好的剪切精度.所选定的关键热金属检测器(通常为HMD一2)必须完好.进入应急剪切状态后,系统根据设定的轧件线速度及分段长度给出分段参考时间来对轧件进行分断剪切.但在实际生产过程中,轧线速度往往不稳定,从而倍尺得不到优化,有时成材率和定尺率不能满足要求.2倍尺飞剪系统的优化2.1倍尺飞剪存在的问题倍尺飞剪检测系统工作时,通过热金属检测器采集可见红外光源,经光电处理输出一个高电平信号,进入PLC系统.比如:轧件HMD一1到HMD一2之间的距离为A,HMD一2到倍尺剪之间的距离为B.各个品种的线速度不同,所以通过A所需的时间也不同,在PLC系统中,倍尺的长度是根据出口机架编码器的脉冲数量来计算的.假设轧件的头部在通过A这段距离时PLC系统共测得N个脉冲数量,倍尺长度为L,则:(L/A)×N就等于当前倍尺长度对应的脉冲数量,当PLC系统的高速记数模块计够当前倍尺长度对应的脉冲数量时,发出剪切信号使剪刀机动作,剪切出符合要求的倍尺产品.同时在剪刀机的剪刃闭合瞬问倍尺剪PLC系统发出一个剪刃闭合信号给冷床PLC系统,延时以后冷床裙板动作.当尾钢倍尺剪不进行剪切时,冷床裙板动作的HMD2信号消失,同时剪刀机的剪刃未闭合,倍尺剪PLC系统同样发出一个信号给冷床PLC系统, 延时以后冷床裙板动作.当应用穿水冷却工艺生产时,在精轧机出口,即穿水冷却系统的人口处,HMD1检测到轧件信号至轧件通过HMD2(穿水冷却系统出口处)的一段距离内,由HMD2发出两路高电平信号分别送到倍尺剪控制系统和高速计数模块,这时高速计数模块开始采集成品出口机架电机编码器的脉冲数量,并与倍尺剪控制系统所设定的倍尺长度对应的脉冲数量进行比较,在达到设定倍尺长度对应的脉冲数量时,控制系统发出剪切信号使倍尺剪动作,进行剪切.由此可以看出,决定倍尺剪能否正常剪切的关键是:HMD1,HMD2能否准确,稳定的检测到轧件通过信号,而通常所选用的低温型热金属检测器检测的被测物的表面辐射温度需~E300~C～1400~C 之间才能正常工作.在穿水轧制过程中,因为轧件的表面温度过低(300cC左右),导致了HMD2不能检测到轧件信号,破坏了剪刀机正常工作的条件,导致剪刀机不能剪切.为了解决这个问题,采用剪刀机"应急剪切"功能,只能选择HMD1为关键检测器.这样一来,第一段倍尺是HMD1检测到轧件信号才开始计时,所以倍尺长度比设定值短了25m(穿水管道的长度),而尾钢则长出25米,从而使得尾钢上不了冷床.因此,导致成品的倍尺长度不能调整,尾钢上不了冷床等一系列问题.此外,倍尺剪电机的编码器控制着倍尺剪的剪切和定位,若编码器出现故障则会出现堆钢事故,因编码器的电源出现问题而导致的跳轧事故是较为常见的原因.编码器的工作电源取自数字调速装昆钢科技2009年第6期置.通过对比发现:不同的数字调速装置所提供的编码器电源的电压并不相同,即使是同一台数字调速装置所提供的电源电压也不稳定,而编码器工作在一个电源不稳定的条件下,它的数据反馈也就变得不稳定甚至是错误的,最终出现速度反馈信号丢失而跳闸.2.2检测系统的优化由于倍尺剪的控制程序受设计单位的知识产权保护,不能通过修改或优化控制程序中的相关部分来解决和改善这一问题.第一作业区以简单可行,稳定运行,投入少,并能保证实现倍尺剪的全部功能为思路,设计了优化方案.1)保持原有的控制程序,仍然采用光电检测元件进行检测,重新改制一个检测元件替代原有的HMD2安装在穿水冷却系统出口处,以使轧件通过信号得到有效检测.2)保证在较宽视场范围内(垂直视场70ram)有效检测跳动较大的小物体,如:直径012mm的轧件,以避免因轧件跳动后脱离视场范围而产生信号误动作;检测距离在0.6～1.8m范围.3)保证改制的光电检测元件能同时输出两个常开性质的高电平接点信号给控制系统和高速计数模块,以满足控制条件.4)现场的安装条件不作任何变更.发射器接收器5)为编码器提供稳定的工作电源.2.3优化措施实施2.3.1检测系统通过对比测试多种光电检测元件,选择以面积传感器作为改进的基本检测元件.面积传感器是一种特殊的光电开关,可以在较宽的视场范围内检测很小的目标,它不受被测物温度高低的影响,只要有物体从面积传感器的发射器和接收器之间通过,传感器问的光束被挡住,就会输出检测信号.在原产品的基础上将普通光敏二极管更换为高灵敏度光敏管,数量由l0只增加到12只;检测视窗范围由55mm增加至70mm.为保证检测距离在0.6～1.8m范围,将光敏管工作电压提高了3V,仍然保持在额定范围内.经过72/bt~通电老化试验,元件温升保持在27～35℃正常范围内;至此,改制的传感器已具备装机条件.由于普通面积传感器输出接点均为一常开一常闭,而控制系统和高速计数模块进入控制状态需要的是两个常开性质的高电平接点,为此需将其进行输出改制,在传感器无空间容纳更多元件的情况下,新增输出接点采取了以面积传感器输出信号推动一个外接的带两常开,两常闭接点的中间继电器给出两个常开信号的方式,满足了控制要求.改进后的电气控制系统见图2.棕色701—24V棕色电源电源蓝色70一0V蓝色电源电源白色白色3S4—24V\70103(3S4.16)同步信号同步信号黑色黑色3S4—24V\701—03SH/HMD-2输出输出701—01(24V)厂—]701-0Vll…一电骡々1日怂器一…,,自弃图2改进后的飞剪控制系统Figure2ImprovedControlSystemofFlyingShear(下转44页)呲斛至至昆钢科技2009年第6期模拟量的遥测;支持2路4～20mA直流模拟量输出.⑤通讯接口:双以太网,双RS485,电力行业标准DL/T667—1999(IEC60870—5—103标准)的通讯规约.⑥对时功能:软件报文对时;硬件脉冲对时功能(支持IRIG—B码对时).⑦保护信息方面的主要功能:装置描述的远方查看;装置参数的远方查看;保护定值,区号的远方查看,修改功能;保护功能软压板状态的远方查看,投退;装置保护开入状态的远方查看;装置运行状态(包括保护动作元件的状态和装置的自检信息)的远方查看;远方对装置实现信号复归;故障录波(包括波形数据上送)功能.⑧具备冶金,钢铁行业系统的防爆认证.7结束语采用综合自动化控制方式和测控继电保护分层布置方案,并实施无人值班管理模式是变电站自动化技术的发展趋势,不仅技术上先进可行,功能完善,而且也极具经济性.鉴于变电站综合自动化系统当前缺乏统一的国家标准,因此,在草铺新区供配电网络的综合自动化系统的功能组合和设计优化过程中,应根据项目的具体情况,遵循科学,严谨的工作原则,集思广益,用发展的眼光来进行变电站综合自动化系统的建设,以保证电网安全,经济,可靠运行.参考文献:[1]丁书文,黄训诚,胡启迪,变电站综合自动化原理及应用[M].北京中国电力出版社,2002 (上接32页)因HMD2的安装位置与控制系统中的运算值是相对应的,因此在现场安装上,把改制的面积传感器安装于原HMD2的位置处.在使用中,又出现穿水管的水和蒸汽干扰了HMD2信号的问题,倍尺剪不能正常工作.为此提出了新的优化方案:将HMD2的安装位置由倍尺剪前移到倍尺剪后,并对PLC程序进行相应的修改,实现倍尺剪的稳定运行.2.3.2电机编码器编码器的工作电源直接由直流24V稳压电源提供,从根本上解决了电源的不稳定性.2.4优化效果2.4.1检测系统HMD2由热金属检测器换为面积传感器,并将其移到倍尺剪之后,保证了检测信号的可靠性又避免了外界对信号的干扰因素,确保了倍尺剪的稳定性和剪切精度.投入使用后,穿水轧制钢种的定尺率及成材率得到大幅提高,避免了"应急剪切"中出现的首段倍尺短,末段倍尺长且不能上冷床的情况.2.4.2电机编码器编码器采用工作电源单独供电后,没有出现过"速度反馈丢失"报警,从而保证了生产顺行.3结束语经过对倍尺剪的优化,达到了预期的目标;"轧机倍尺剪控制检测装置"成为公司实用新型技术专利;优化过程中积累的经验,为今后让设备发挥更好的性能提供了借鉴和参考.。
小型厂倍尺飞剪自动控制系统的研究与改进
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｎ Ｃｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｆＭ ｕ ｔ－ｅ ｇ ｈ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｒ ｌＳ ｓ ｅ ｏ ｌｉｌ ｎ ｔ
Ｆｌ ｉ ｇ Ｓ ｅ ｒ ｉ ｌｉ ｇ Ｍ ｉ ｙ ｎ ｈ ａ ｎ Ｒｏ ｌ ｌ ｎ ｌ ＸＡ Ｑｎ－ ｎ ， Ｅ Ｇ Ｙ ｎ － ＷＡ Ｇ Ｆ ｎ Ｉ ｉｇｔ ｇＤ Ｎ ａｇｙ ｏ ｕ， Ｎ ａ
ｎ ｗ ｗａ ｏｄ ｆｎ ｈ ｅ ｇｈ ｏ ｈ ｔ ｎ ． ｅ ｙｔ ｅ ｅｔｅｌｎ ｆｓ ｕｔ ｇ ｉ ｔ ｉ
Ｋｅ ｏ ｄ ： ｌ ｔ ｌ ｎ ｈ ｆ ｉｇ ｓ ｅ ｒ ｓ ｅ ｄ ｒ ｇ ｌｔ ｎ ｓ ｓ ｍ ；ｈ ｒ ｃ ｓ ｎ ｏ ｈ ａ ｈ ｔ ｎ ｓ Ｔ ０ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｍｏ ｕ ｅ ｙ Ｗ ｒ ｓ ｍｕ ｉ ｅ ｇ ｙｎ ｈ ａ ；ｐ ｅ ｅ ｕａｉ ｙ ｔ — ｔ ｌ ｏ ｅ ｔ ｅ ｐ ｅ ｉｉ ｆｓ ｅ ｓ ｕｔ ｇ ； ４ ０ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｄ ｌ ｏ ｒ ｉ
第 ３ 卷第 ５ ２ 期
２１ ０ ０年 １ ０月
甘
肃
冶
金
Ｖ０． Ｎｏ ５ １３２ ．
ＧＡＮＳ Ｕ ＭＥＴＡＬＬ ＵＲＧＹ
Ｏｃ ． ２ ０ ｔ ， ０１
文 章 编 号 ：６ ２ ６ （０ ０ ０ －０５０ １７ ４４ １２ １ ）５０ １－６
小 型 厂 倍 尺 飞 剪 自动 控 制 系 统 的 研 究 与 改 进
每架轧机分别由 １台直流电机拖动， 成品出 口最大
线 速度 为 １ ／ 。在 每 一个 区 域 出 口侧 均 有 一 台 ８ｍ ｓ 飞剪 ， 所 轧制 钢坯 进行 切 头 、 尾 、 钢剪 切 、 尺 对 切 倍 剪切 和优化 剪 切 。
施罗曼飞剪的剪切优化控制技术
维普资讯
２０ ０ ７年 第 ３期
宝
钢
技
Hale Waihona Puke 术 ３ ３施 罗 曼 飞剪 的 剪 切优 化 控制 技 术
沈 宏 杰
（ 宝钢 分公 司 热 轧厂 ， 上海
２０ ４ ） ０ ９ １
摘要 ： 针对 宝钢 分公 司 ２ ５ ｍ ０ ０ ｍ热轧精整 薄板 线施 罗曼飞剪在 生产 中经常发 生的剪 刃撞 钢现 象， 对施 罗 曼飞剪 Ｐ Ｃ控制程序进行 分析研 究后 ， 飞剪控制 电机软件 中增加 “ Ｌ 在 减速” 定功能， 给 形成 了一项 防止施 罗曼
ｂ ｔ ｅ ｈ ｈ ａ ｄ ｓｅ ｌｐｌｔ Ａｔｔ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｅｗｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ｅ ａ ｔｅ ａｅ． ｈ ａ ｉ ｒ ｎ ｍｅ，ｉ ｃ ｎ ａｓ ｅ ｃ ｃ ａ ｍｏ ｔｃ ｕｓ ｄ ｂｙ ｔｅ ｃ ｌｉｉｎ ａ ｄ ｉ — ｔ ａ ｌｏ ｒｄｕ ｅ ｓ ｒ ｐ ａ ｕｎ ａ ｅ ｈ ｏ ｌｓｏ ｎ ｎ ｃｅ ｅ ｔｅ ｙｅｄｉｇ ｒ ｔｏ ｏ ｈ ｉ ｅ ｒａ ｈ ｉｌ ｎ ａ ｉ ｆｔｅ ｌｎ ． ｓ
ｃ ｌｎ ｅ ｙ ｉｄ ｒ；“ｓ ｅ — ｗ ’ ｓ ｔｏｉｔ ｐｅ ｄ ｄｏ ’ ｅｐ ｎ ｎ
０ 前 言
的钢板 而不需 停 机 。因此 ， 剪切 的瞬 间 ， 剪 刀 在 飞 刃 除了有垂直 的剪切速度外 ， 还应该保 持 与运动 着 的钢板相 同的横 向的同 步运 动速 度 ， 样 ， 能 保 这 才 证 钢板 的顺利 剪 下而 不致 发 生飞 剪 上刀 刃 与带 钢
基于PLC的高精度飞剪控制系统
基于PLC的高精度飞剪控制系统作者：王克亮来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2015年第9期王克亮北方工业大学，北京森源东标电气有限公司北京100144摘要轧钢过程中，飞剪系统控制水平的高低对于提升轧钢行业的技术水平具有重要作用，本文将就PLC在飞剪系统中的应用展开说明。
关键词 PLC；飞剪；控制系统；精度在线材轧制过程中，对钢坯的要求较高，因而钢坯头部（或尾部）的不规则部分以及温度低的部分需要通过剪切去除，以确保轧制工序的顺利进行。
就我国当前控制系统的剪切水平而言，剪切定位不精确、运行期间稳定性差、剪切速度不高等问题还普遍存在，影响了我国线材轧制水平的提高。
随着科学技术的不断提升，可编程控制系统（PLC）在工业、机械制造等多个领域得到广泛应用，在提升制造行业的可靠性和专业性方面具有巨大的优势。
如可利用PLC 提升飞剪控制精准度，是本文主要解决的问题。
1 飞剪控制系统组成及控制1.1 飞剪系统介绍高线飞剪多采用回转剪，剪切时速度快、剪切轧件半径小。
轧件以一定的速度进入，经两侧热检后，进入设在第12 号和底13 号机架之间的飞剪。
剪机根据上游发布的信号设定剪切长度，利用专业的计算软件计算出剪切周期，剪机按照预设周期运行，完成对轧件的剪切。
1.2 飞剪控制系统1.2.1 组成飞剪控制系统包括两台PLC，其中主控PLC 的型号为GE 90-30，用以采集轧线信息的PLC 型号为90-70，两台机器通过工业以太网进行连接。
主控PLC 框架中包括六个模块，分别为电源模块、364CPU 模块、轴定位模块、高速计数器模块、数字量输入模块和输出模块。
轧件剪切前机架编码器信号计数、用以捕捉轧件头尾的热金属检测器信号的处理工作是由高速计数器模块完成的。
剪刀机电机转速、夹送棍电机转速、剪刀机角度等参数的控制由轴定位模块输出和完成。
飞剪参数的设置、飞剪运行的监控可通过触摸屏完成，一般触摸屏选用GP 系列的工业触摸屏，由电源模块上的兼容串行接口与PLC 进行通讯；剪前机架的编码器信号经过编码分配器时，将信号分为几部分，其中一路进入飞剪控制PLC，用来计算轧件的运行速度；同时，经过飞剪传动电机编码器处理的信号再次分配，一部分进入PLC用来计算飞剪角度的控制，另一路用来传动装置闭环控制。
一种PLC“飞剪”控制系统的设计
躺 器
田
ｉ
过技 术 改 造 来解 决 生 产 线 存 在 的 薄 弱 环 节 或 不 合
理设 计 问题 。 由 于 国 内研 制 的 中 纤 板 连 续 辊 压
锯
线上 静 止 锯 边 工 段 的不 足 ， 以 我 们 经 过 研 究 决 所
定对 其 进 行 了技 术 改 造 。该 改 造 项 目是 用 基 于 可 编程 控 制器 Ｐ Ｃ的 飞 剪 （ ｌｉｇＳ ｗ） 制 系 统 的 Ｌ Ｆｙ ａ 控 ｎ 连 续 动 态 锯 切 方 式 来 替 代 原 有 的静 止 锯 切 方 式 。
【 ｅ ｏｄ 】 ｆ ｉｇｓｗ； Ｌ ；ｏ ｔ ｌｙｔｍ Ｋ ｙｗ ｒｓ ｌ ｎ ａ Ｐ Ｃ ｃｎｒ ｓ ｙ ｏｓ ｅ
（ 中图分类号］Ｔ ２ ２ Ｐ０ ［ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编 号］１７ ６ ４—３ ２ （０ ０ ０ ２９ ２ １ ）６—０ ５ ０ ３—０ ３
先 进 的 、 有 国 际 水 平 的 现 代 化 的 中 密 度 纤 具 维 板 （ 称 为 中纤 板 或 ＭＤ 生 产 线 ， 具 有 连 续 简 Ｆ） 应
西 门子公 司 一 直 在 大 力 推 广 的 一 种 总 线 协 议 ） 在 ，
Ｓ Ｗ 控制 器 的相应 插 槽 上 选用 了对 应 的 Ｄ Ｅ Ｐ产 品 ，
就可 以把 Ｓ Ｗ 控 制 器 作 为 Ｐ ＯＦＢ — Ｐ总线 系 Ｅ Ｒ Ｉ ＵＳＤ 统 的一 个 从 站 来 使 用 ， 而 在 同一 条 Ｄ 从 Ｐ总 线下 面
生产 、 自动 化程 度 高 的 特 点 ， 采 用 设 备 的 动 态 管 应 理 方法 ， 以设 备 运 行 的 技 术 状 态 为 基 础 ， 断 地 通 不
１３电 机 Ｐ 控 系 ｌ≥ Ｍ Ｌ 制 统 ｃ
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棒线材轧制中飞剪自动化控制
1.1飞剪对自动化和传动系统的要求
（1）飞剪的控制站采用一台西门子S7 315-2DP/PN和高速计数器模板FM350-1组成，飞剪的运动控制主要在PLC 系统中完成，基础自动化的PLC和HMI对飞剪的控制主要体现在工艺操作和显示方面，例如，合分闸、速度设定、头尾长度设定、剪切模式设定、故障报警、实际值显示等，运动控制完全移到传动系统中。
基础自动化PLC对飞剪传动装置的通讯方式也为PROFIBUS-DP通讯。
（2）功率储备
因为飞剪在启动和制动时要求有足够大的加速度，所以要求电动机和整流装置有足够功率储备，一般应有2.5倍的过载
能力。
虽然剪切的工作周期比较短，发热量有限，但是如果像倍尺飞剪那样间歇时间不够长，也应当考虑散热的问题。
（3）速差补偿
实际中轧件的线速度并不恒定，而剪刃的启动时间是按照轧件匀速运动的条件进行计算的，其结果使得剪切长度不准确。
因此，要求传动控制系统对轧件速度变化进行补偿。
通常采用速差电流的方法进行补偿。
这种补偿的方法本质上是一种微分反馈的原理。
补偿的原理如图1所示。
转速设定值转速实际值
速差电流
补 偿 值
电流设定值
电流实际值
系数
速差阈值
电流调节器
图1 速差电流补偿的原理图
速差电流补偿的另一个好处是使电动机的速度严格跟随设定值。
在加速段中，电动机的速度波形成为标准的三角形，启动时间的计算值和实际值吻合精度很高。
在减速段中，可以使剪刃按照计算值准确地停在停止位。
（4）速度检测和位置检测
目前的传动装置多用增量型脉冲编码器作为速度检测。
利用传动装置中脉冲计数功能就可以得到剪刃的位置信号。
剪刃实际位置的百分值由下式求出
i P C K act ⨯⨯=144420θ (3)
式中，act θ: 位置实际值；
K 42: 位置计数器的计数值；
C 0: 编码器每周脉冲数；
P 144: 倍频数；
I: 减速机减速比。
在上下剪刃的合口位置处安装接近开关，把接近开关的
信号作为位置计数器的清零信号。
基础自动化的PLC把剪前工作机架的线速度折算为电动机的转速，通过PROFIBUS-DP通讯传送给传动装置作为转速的设定值。
1.2飞剪运动的过程
通常把飞剪的运动过程分为三个阶段，即启动加速段、剪切段、减速定位段。
通常把上下剪刃的合口位定义为0º，由接近开关清零位置计数器。
（1）启动加速段
图2 飞剪运动过程示意图
剪刃的启动时刻是一个非常关键的问题。
轧件从剪前热金属检测器到达剪切位置是一个匀速运动的过程，所用的时间被称为钢行时间。
用钢行时间减去剪刃的启动时间，就是启动的等待时间。
所以当热金属监测器检测到轧件时，等待时间的计时器开始计时，计时结束就立即启动飞剪电动机。
在启动加速段，剪刃由零速启动到与轧件线速度相同步（切头时乘以超前系数，切尾乘以滞后系数）。
启动加速段的加速度可以采用定加速度方式，也可以采用变加速度方式，变停止位
启动加速段 减速定位段 剪切前段 剪切后段
R R-d/2
d/2
H
V δ
δ R d R 2/cos 0-=δ1θ
加速度方式的优点是在低于最大线速度的场合，可以减小电动机的启动电流。
V H.m
H
V qV H.m 0t
qt t t m m q A B C D
图3 用图解法求出飞剪的启动时间
剪刃启动是匀加速运动，使用图解法就能够很方便地求出在不同线速度情况下的启动时间。
计算启动时问的首要任务就是要根据轧件最大线速度确定最短启动时间（或最大加速度）。
设轧件最大线速度为m B V .，超前系数（或滞后系数）为K ,则剪
刃的最大线速度为m B m H KV V .. ，考虑到剪刃半径和齿轮箱的减速
比，折算到电动机的转速为ωmax ，当剪刃启动的角位移为θ1时，则有斜坡情况下最短起动时间为 max 12ωθ=
m t
(1) 设q 为对应于最大线速度的相对值系数0≤q ≤1，在图3中可以看出，当轧件速度为m H qV .时，根据三角形ABC 的面积等
于矩形CDtmtq 的面积，可以得到启动时间为
()m m m q t q
q t q q t t 212122+=-+= (2) 式中,q t :在相对值系数为q 时的启动时间；m t :最大转速时的启
动时间。
根据这个公式就可以求出不同速度时的启动时间。
在应用程序中把剪刃启动时间做成自变量为线速度的折线，以便求出等待时间。
（2）剪切段
剪切段分为前段和后段。
剪切前段定义：当剪刃与轧件接触到上下剪刃合口位这一过程。
在这一阶段中，轧件的线速度是水平方向，而剪刃的线速度是切线的方向，因此剪刃在水平方向的分速度为δcos *H V ，当轧件直径较大时，这一因素影响是不容忽视的，否则轧件的线速度和剪刃水平方向线速度不同，轧件和剪刃之间的作用力会损伤剪刃。
当⎪⎭⎫ ⎝
⎛-==-2cos 10d R δδ时，进入剪切前段。
这时应对转速进行补偿，补偿的方法是把转速的设定值乘以补偿系数'K ,δcos /1'=K 。
δ角是不断变化的，所以要根据剪刃位置检测信号随时进行修正。
当剪刃到达合口位时，δ＝0º。
剪切后段的情况与剪切前段相似，只是过程相反。
这时
轧件已经被切断，但是还要保持剪刃的速度与轧件相同步，直至剪刃与轧件脱离进入减速定位段。
（3）减速定位段
在这个阶段中，控制系统由速度-电流双环控制切换为位置-速度-电流三环控制，是典型的位置闭环随动系统。
位置闭环应采用比例-积分调节方式，这将使得剪刃在停止位置没有静差，有利于剪切的准确性。
但是由于传递函数阶数增加，影响稳定性，在调节器参数配置上要精确计算。
受减速斜率的限制可将减速过程做成减速到零的第一阶段和反向爬行的第二阶段。
在轧件最高线速度的条件下，如果电动机和整流装置的裕量足够大，在最高线速度时也能够做到剪刃减速到零时恰好停在停止位，这样就可以不需要反向爬行的第二阶段。