棒材3#飞剪剪切控制及改进措施

棒材3#飞剪剪切控制及改进措施

摘要：棒材生产在穿水轧制过中，因信号检测系统不能正常工作，引起3#飞剪误动作或者不动作，不能满足生产设备的控制要求，基于此对3#飞剪的剪切

控制原理进行介绍，并分析影响飞剪剪切精度及稳定性的原因以及总结改

进方法。经过实际应用和不断改进，现在3#飞剪已经达到工作稳定、剪切

精度高、便于维护、能获得较大的产品收得率。

关键词：3#飞剪热金属检测器脉冲编码器光幕改进

一、前言

棒线厂第一作业区轧制生产线由18台轧机和3套飞剪组成。1#飞剪是起停式曲柄剪，位于6#轧机后，用于粗轧坯的切头和事故碎断；2#飞剪是起停式回转剪，位于12#轧机后,用于中轧切头和切尾；3#飞剪是起停式倍尺飞剪，用于棒材产品的倍尺分断，是棒材生产线的咽喉，与棒材生产工艺结合非常紧密，其性能是否优良，运行是否可靠对整个生产线的作业率和产品收得率有着至关重要的影响。

棒线厂在投产后为了适应市场需求，大批量生产Ⅲ级热轧带肋钢筋，在工艺上采用了穿水轧制等棒材生产的新技术。轧制工艺改为穿水轧制后，轧件的表面温度由原来的1000℃左右降低至300℃左右；而且在穿水轧制中，易产生大量的水蒸汽，这些因素容易造成3#飞剪信号采集出错，造成3#飞剪误动作或者不动作。3#飞剪动作的正常与否直接影响下游设备的动作。出现异常时会引起堆钢以及造成设备损坏，造成停车,加大精整工人的劳动强度，直接影响了生产作业率和产品成材率等经济指标。基于上述原因对其做出相应的改进和完善，抑制了外界环境因素所造成不利的影响，保证了正常剪切并且提高了剪切精度，达到了预期目的。

二、3#飞剪控制系统

1、硬件配置

电机：采用了低惯量他励电动机，型号为ZTFS-315-42，额定功率为280KW，额定电枢电压为440V，额定电枢电流为704A，额定转速为650r/min，励磁电压

为220V，励磁电流为24A。

主传动：美国GE公司全数字直流调速装置6KDV31350Q4F40D3型。

检测元件：热金属检测器（HMD0、HMD1、HMD2）、轧线出口脉冲编码器、电机轴脉冲编码器。

PLC系统：CPU、高速计数器模块（HSC）、轴定位模块（APM）、数字输入输出模块（DI/DO）以及电源模块等。

改进前控制系统硬件布置如图1所示：

（图1）

M—电动机DRIVE—全数字直流传动HMD0—热金属检测器HMD1—热金属检测器HMD2—热金属检测器PG—电动机脉冲编码器APM—轴定位模块HSC—高速计数器模块

2、剪刃位置控制和飞剪的工艺要求

2.1剪切工艺对飞剪的基本要求

在剪切轧件时，飞剪剪刃在轧件运动方向的分速度v x应该与轧件运动速度v

0相等或稍大，v x=（1～1.03）v0，即应以同步速度进行剪切。若v x﹤v0，则剪刃将

阻挡轧件前进，造成轧件弯曲甚至轧件缠刀事故；若v x比v0大得多，剪刃将使轧件产生较大的拉应力，影响轧件的剪切质量，同时增加飞剪的冲击负载。

2.2剪刃位置控制

飞剪控制系统中，剪刃的位置是用角度表示的剪刃的位置是随传动电机按一个方向旋转，旋转一周为360°，剪刃的运动轨迹见图2。

（图2）

A Y—剪刃切入角的位置Ax—剪刃剪出角的位置Az—原位

剪刃从原位Az加速至剪刃切入角A Y的位置，为剪切过程的加速区（v

飞剪﹤v

轧件

），到达剪切范围后稳速运行，剪切过程进入同步区，此时剪刃速

度和轧件速度同步或剪刃速度约高于轧件速度（0～3%），实施剪切，并且剪刃继续稳速运行，直到剪刃到达剪出角Ax后完成全部剪切过程，开始减速，并执行剪刃自动定位控制，直至停止在原位，准备下一次剪切。整个剪切过程中，飞剪剪刃位置控制是由APM轴定位模块与直流传动装置共同组成的高精度的控制系统完成，剪刃位置检测由飞剪电机轴端增量编码器与原位标定接近开关共同完成。

2.3轧件长度测量及分段长度控制

2.3.1轧件长度测量

轧件长度:L= NL PP

N：成品轧机编码器输出脉冲增量

L PP：脉冲当量，即单位脉冲对应的轧件长度

L PP的计算方法：辊径优先和测量优先

（1）辊径优先：即L PP= ×D w/(P PR×i)

L PP：脉冲当量

D w：工作辊径

P PR：编码器每转脉冲数

i：轧机减速箱速比

（2）测量优先：即L PP=L/N

L：HMD1～HMD2之间的距离

N：轧件头部通过HMD1～HMD2时记录的脉冲数

2.3.2分段长度控制

分段长度:L c=（L d×N d+L a）/ K

L d：定尺长度，按实际冷剪定尺长度设定

N d：倍尺根数

L a：附加长度，按冷剪齐头、齐尾长度及飞剪剪切误差、HMD1～HMD2间距离测量误差等因素设定

K：冷缩率，为轧件冷态长度与热态长度的比值，0.98～0.99。

当前分段长度对应的脉冲数量N c=( L c /L)×N

分段剪切控制：当轧件的头部通过L这段距离时PLC系统共测得N个脉冲数量，分段长度为L c，则当前分段长度所对应的脉冲数量为Nc。当HMD1检测到轧件信号至轧件通过HMD2的这一段距离内由HMD2发出两路高电平信号分别送到飞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，并与当前分段长度对应的脉冲数量进行比较，在达到分段长度所对应的脉冲数量时，3#飞剪电机开始动作，剪切出预期的分段长度。

三、穿水轧制后3#飞剪剪切不稳定的原因

1、原因分析

由上述飞剪剪切控制我们认真分析加以总结，最后得出：3#飞剪的关键设备是两个金属检测器HMD1、HMD2和出口机架电动机脉冲编码器以及飞剪电动机脉冲编码器。在整个剪切过程中如果信号采集出错，就会造成倍尺长度计算不准，飞剪剪切动作提前或滞后，甚至不剪切等故障，严重影响轧钢节奏和成材率。

1.1热金属检测器

自从工艺上采用穿水轧制后，轧件的表面温度由原来的1000℃左右降低至300℃左右，而金属检测器在被测物体温度低于500℃时就检测信号不稳定，所以HMD2检测不到有钢信号；同时在穿水轧制过程中，易产生大量的水蒸汽，造成金属检测器信号闪断或检测不准，上述原因破坏了剪刀机正常工作的条件，导致3#飞剪不剪切。

1.2电机编码器

3#飞剪电机的编码器控制着飞剪的剪切速度和剪刃定位，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闸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存在着差异，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。

四、改进措施

改进方案的思路主要是：以简单可行、稳定运行、投入少、并能确保实现3#飞剪的全部功能。

1、HMD1检测元件的改进

HMD1安装在穿水系统前不远处容易受到水蒸汽影响而检测不到信号，针对此原因，在检测元件箱至检测口加装压缩风管，采用压缩空气进行吹扫检测口，清除水雾和渣子，保证HMD1不受外界环境的影响。

2、HMD2检测元件的改进