1780熱連軋機中的飛剪PLC控制

　    摘要：整個熱軋機組采用了新技術、自動化程度高。熱軋機組中采用的西門子控制設備很多，控制的對象也很多，這里僅就飛剪的PLC控制作介紹。

        一、項目簡介
　　
　　寧波建龍鋼鐵公司是一家大型鋼鐵聯合企業，年產量為600萬噸，主要產品全為板材。其中1780熱帶鋼連軋機組生產能力為400萬噸，主要控制的工藝設備有：3座步進式加熱爐、2架粗軋、飛剪、7機架精軋、層流冷卻、3臺卷取機、平整線等等。
　　
　　整個熱軋機組采用了新技術、自動化程度高。電源動態無功補償采用西門子SVC;機組主傳動同步電動機使用交•交變頻裝置，控制器采用16套SIEMENS公司的SIMADYND全數字矢量控制系統；交流異步機輔傳動系統（73套）采用西門子全數字交一直一交變頻器（6SE70系列產品）；卷取機同步電動機定子電樞主回路采用6SE70裝置，轉子勵磁回路則由6RA70裝置供電；所有傳動變頻控制裝置與基礎自動化系統（PLC、TDC共36套）之間的通訊全部采用Profibus-Dp通訊協議；而所有控制器裝置（PLC、TDC、SIMADYND）的遠程I/O采用經Profibus-Dp通訊的ET200M站（173個）；基礎自動化系統（一級）的操作監控軟件采用Wincc;配置了二級機控制系統；一級和二級的控制系統均采用工業以太網通信。
　　　　
　　二、工藝設備介紹
　　
　　位于精軋除鱗機前的飛剪采用轉鼓式結構，由一臺2300kW交流同步電動機通過齒式聯軸器與主減速機相連，主減速機輸出端通過鼓形齒聯軸器與下轉鼓相連。上下轉鼓間由同步齒輪相連。在各個轉鼓上成90。地安裝兩個剪刃，一對用于頭部剪切，切頭時剪刃速度應當稍大于飛剪前的帶坯速度；另一對用于尾部剪切，切尾時剪刃速度應當稍小于F1機架的咬入速度。當電動機轉動時帶動下轉鼓轉動，上轉鼓也同時轉動。由裝在上下轉鼓上的剪刃剪切帶坯。停機用氣動抱閘。飛剪用于將運行中的鋼坯切去頭部和尾部，以便鋼坯順利進入精軋機，并且可以提高成品的頭、尾質量。
　　
　　飛剪的控制設備包括兩部分：一是S7-400PLC的邏輯順序控制，二是交•交變頻的矢量控制器SIMADYND。這里重點介紹飛剪的PLC控制。
　　
　　三、控制系統構成
　　
　　飛剪的控制采用1套S7-400PLC，系統由主機架、ET200M遠程I/O站組成，功能模塊有FM450高速計數器模板，值編碼器位置檢測模板（SM338）。
　　
　　PLCS7-400通過工業以太網通訊模板（CP443）連接到以太網上，完成與HMI、其他PLC的通訊。
　　
　　主機架上CPU模板集成的DP接口通過Profibus-DP網連接3個ET200M遠程站。
　　
　　主機架上Profibus-DP網通訊模板（IM467）DP接口通過Profibus-DP網連到變頻傳動裝置的Profibus-DP網通訊模板（CBP2、SS52）上。　　　　
　　四、控制系統完成的功能
　　
　　1．PLCS7-400主要完成精軋飛剪區以下控制功能
　　
　　●飛剪前輥道速度控制
　　
　　●飛剪前側導板控制
　　
　　●飛剪機架輥運轉控制
　　
　　●飛剪自動控制（切頭、切尾）
　　
　　●飛剪手動控制（切頭、切尾）
　　
　　●除磷箱入口夾送輥速度、壓下控制
　　
　　●除磷箱內輥道速度控制
　　
　　●除磷箱出口夾送輥速度、壓下控制
　　
　　●高壓除鱗水開閉控制
　　
　　●除鱗箱蓋開閉控制等。　　　　
　　2．飛剪的剪切動作
　　
　　（1）在不剪切時，剪刃處于等待位置，就是剪刃的靜止位置，在此位置上帶鋼通過飛剪，剪刃則由冷卻水進行冷卻。除了切頭、切尾外，剪刃均處于該位置。此時切頭剪刃處于270，尾剪刃處于18。
　　
　　（2）當飛剪得到切頭的指令后，首先將切頭剪刃轉到220。，該位置就是剪刃的起動位置，飛剪得到切頭起動的指令（B處延時）后，切頭剪刃即從220。位置起動加速，在16.8。開始進剪切，至0。剪切完成，在-20。位置開始制動，在130。位置制動結束，然后再返回到270。等位置，等待下一個切頭指令，再重復以上全過程，如圖3所示。　　　　
　　（3）當飛剪得到切尾的指令后，首先切尾剪刃從180位置轉到240，該位置就是剪刃的起虧位置，當飛剪得到切尾起動的指令（B’處延時）后，切尾剪刃即從240位置起動加速，在16.8始進入剪切，至0剪切完成，在-20位置開始制動，在130位置制動結束，然后再返回到180冬待位置，等待下一個切尾指令，再重復以上全過程，如圖4所示。
　　
　　3．飛剪控制方式
　　
　　“飛剪切頭”、“飛剪切頭切尾”的選擇在HMI上實現，操作臺上選擇開關完成“機旁”，“主控”切換，機旁可點動，操作臺上主控分手動，自動方式，在HMI上設動自動方式的頭部（C）/尾部（C’）剪切長度，速度超前，滯后率的數據。操作臺上主控有連續剪切蘑菇頭操作按鈕（故障切廢功能）。
　　
　　飛剪控制主要包括軋件測速、頭尾位置檢測，主電動機的轉速測量，飛剪剪刃主軸位置檢測，飛剪的起停控制和安全聯鎖。而計算確定剪切定時器的設定時間是關鍵（根據運動學公式）。在控制系統中，采用了兩種軋件速度測量方式：　　　　
　　（a）熱金屬檢測器（HMD）方式，HMD301和HMD302用于檢測鋼坯的位置，當坯頭或坯尾到達HMD301時，PLCd的計時器開始計時，到達HMD302時，PLC計時器停止計時，讀取計時器數值。兩個熱金屬檢測器之間的固定長度，計時器數值，可得出坯頭或坯尾的速度。
　　
　　（b）測量輥，夾送輥方式，從HMD301檢得（A）開始，鋼坯頭部速度的檢測是通過安裝在測量輥上的編碼器來實現的；HMD302檢得（B）時，起動剪切定時器，定時時間到，開始起動剪刃。從HMD301檢失（A’）開始，鋼坯尾部速度的檢測是通過安裝在夾送輥上的編碼器來實現的；HMD302檢失（B’）時，啟動剪切定時器，定時時間到，開始啟動剪刃。
　　
　　飛剪剪刃位置檢測是由安裝在剪刃主軸上的編碼器信號送SM338位置模塊測出的，有：等待位置、起動位置、開始制動位置、制動結束位置。在不同位置PLC給SIMADYND發出不同速度值指令。
　　
　　安全聯鎖：
　　
　　（a）飛剪起動剪切條件：干油、冷卻水供應正常；輥道工作正常；測速輥工作正常；電氣過載保護；剪刃間隙調節處于鎖緊狀態。
　　
　　（b）飛剪不剪切條件：帶鋼靜止時不切；帶鋼折疊時不切；帶鋼溫度偏低時不切。
　　
　　五、結束語
　　
　　整個飛剪的剪切過程為轉動一起動加速一勻速一剪切一制動一返回一停止。飛剪的控制采用三環系統，由PLC完成位置環控制，由交•交變頻的矢量控制器SIMADYND完成速度、電流環控制。SM338模塊記錄下剪刃返回到等待位置的脈沖偏差數，下次剪切時將脈沖偏差數用于修正剪切定時器的設定時間值，從而有效地提高了系統剪切精度。還可開發飛剪在停電檢修后剪刃停在隨機位置，上電后飛剪由PLC控制自動找到等待位置的程序。也可開發主操作工通過計算機監控畫面操作飛剪模擬剪切以檢查生產使用前飛剪功能是否正常。