小型棒材生产线起停式倍尺飞剪的电气控制

冷床
剪）广一
Ｉ
Ｉ．．．．．．．一
围２精轧区布置
Ｆｉｇ ２ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｍｉｌｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
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
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｓｔａｒｔ－ｓｔｏｐ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒｓ ｉｎ ｓｍａｌｌ ｂａｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ
ＬＯＮＧ Ｐｉｎｇ
（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ＭＣＣ Ｇｒｏｕｐ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９，Ｃｈｉｎａ）
钢铁集团公司、宁夏恒力集团、宣化钢铁集团公司 等近１０个厂家可靠运行，达到了国内先进水平。 １设计思想
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１９ ｍ／ 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Ｓｉｅｍｅｎｓ ６ＲＡ７０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
收稿日期：２００８－０３．０３；修改稿收到日期：２００８－０６－２０ 作者简介：隆凭（１９５４－），女，重庆人，教授级高级工程师，主要从事冶金设备自动控制方面的研究设计工作。
万方数据
冶金自动化
第３２卷
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￥７－３００ ＰＬＣ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Ｓｉｅｍｅｎｓ ＴＰｌ７０Ｂ彩色触摸屏或上 位机作为人机对话设备，并通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ网相 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、停止命令通过ＤＰ网送至 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。
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１６ ｍ／ｓ，ＰＬＣ的扫描周期会造成８０ ｍｍ 的误差，ＤＰ网的传输时间会造成＞２００ ｍｍ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 通道，将干扰信号阻挡于门外，有效地解决了干扰 问题。 （３）测长计数累加。在设计中，我们没有采用 剪切一次，高速计数器清零一次的方法。这是由 于清零信号晚于剪切信号，必须在倍尺设定时把 这段长度减去，而当轧机速度变化时，这段长度是 变化的。为此，我们采用了不断累加的方法，即： 首先将首段长度作为预置值，首段长度为式（３）计 算出的Ｌ预置，剪切一次后，将己倍尺＋Ｌｓｊｔ作为预置
体码盘与之相连。数Ｐ圈
可根据式（２）计算：
尸周＝Ｐ剪ｉ剪
（２）
式中，Ｐ剪为飞剪本体码盘脉冲数；ｉ剪为飞剪减速
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
值，剪切二次后，将２￡倍尺＋ｂ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
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）：
％爬＝ＫＳ
（４）
式中，ｙ反耙为反爬速度给定；Ｋ为常数（Ｋ越大，反
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｓｔａｒｔ·ｓｔｏｐ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒｓ ｉｎ ｓｍａｌｌ ｂａｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｓｉｅｍｅｎｓ ６ＲＡ７０ ｄｅｖｉｃｅ，￥７－３００ ＰＬＣ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｏｄｕｌｅｓ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ．Ａ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｒｕｎｎｉｎｇ，ｈｉｓｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｖｉｄｉｎｇ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒｓ． Ｄｉｖｉｄｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ ｅＩＴＯｒ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｗｉｔｈｉｎ，４０ ｍｍ．Ｉｔ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎ－ ｄｉｔｉｏｎｓ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｔｈｅｓｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｍａｎｙ ｌａｒｇｅ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，
到了国内先进水平，也拓宽了市场份额。然而，我 们还要不断创新、完善，争取用更少的硬件实现更 高的控制精度。
［编辑：沈黎颖］
（上接第５７页） 直接测量夹渣是可能的，它比热成像方法的成本 低。但还须进行进一步的试验，以期获得更高的
测量精度，包括最佳波长的选择、各种钢种的适应 性、有无误报等。到完全实用化后，还须配置成套 装置，包括自动控制系统（如报警、控制挡渣板 等）。
第３２卷第５期 ２００８年９月
·经验交流·
冶金自动化
Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ ３２ Ｎｏ ５ Ｓｅｐ ２００８
小型棒材生产线起停式倍尺飞剪的电气控制
隆凭
（中冶集团北京冶金设备研究设计总院自动化所，北京１０００２９）
摘要：论述了小型棒材生产线上起停式高速倍尺飞剪的电气控制，作者采用Ｓｉｅｍｅｎｓ ６ＲＡ７０装置、ｓ７－３００ ＰＬＣ及 智能模块，针对倍尺飞剪高速、可靠、精确的特点，在控制上采用了一系列行之有效的方法，使得飞剪运行可靠、 精度高、智能性好。倍尺长度误差控制在±４０ｍｍ以内，满足了不同工艺条件的要求。几年来，已应用于国内多 家大型钢铁企业，收到了良好效果，满足了用户需求。 关键词：棒材；起停式飞剪；剪刃定位；ＰＬＣ扫描周期 中图分类号：ＴＧ３３４．９文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－７０５９（２００８）０５－００６３－０３
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
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
Ａ１
Ａ２
Ａ４
Ａ５
Ａ６
Ａ７
Ａ８
Ａ９ Ａ１０
ＣＰＵ３１５ＩＦＭ３５０ＩＦＭ３： ＦＭ３５０ＩＳＭ３２１ＩＳＭ３２ｌＩＳＭ３２２ＩＳＭ３２
．２ＤＰ
ＴＰ－１７０Ｂ］幽燃瓣
图１硬件配置
Ｆｉｇ １ Ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
Ａｌ一电源；Ａ２一ＣＰＵ；Ａ４一Ａ６一高速计数器模块；Ａ７， Ａ８—数字量输入模块；Ａ９，Ａ１０一数字量输出模块
ａｎｄ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ａｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂａｒ；ｓｔａｒｔ－ｓｔｏｐ ｆｌｙｉｎｇ ｓｈｅａｒｓ；ｌｏｃａｔｉｎｇ ｏｆ ｂｌａｄｅ；ＳＣａｎ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ＰＬＣ
Ｏ 引言 倍尺飞剪是小型棒材生产线的关键性设备，
它直接影响生产率和成材率。１０多年前，电气传 动系统为传统的模拟系统，要想控制剪切速度为 ２０ ｍ／ｓ左右的起停式飞剪，几乎是不可能的。随 着技术的日新月异，直流全数字系统遍及世界，为 控制高速飞剪打下了坚实的基础。在这个基础 上，通过利用ＰＬＣ的强大功能，不断深入研究、创 新和实践，中冶集团北京冶金设备研究设计总院 起停式倍尺飞剪的剪切速度已达到１９ ｍ／ｓ，工作 准确无误，倍尺精度达到±４０ ｍｍ，并最大限度地 满足了用户的各种工艺要求。几年来，已在莱芜 钢铁集团公司、冷水江钢厂、乌兰浩特钢厂、日照
爬速度越快）；５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
万方数据
第５期
隆凭：小型棒材生产线起停式倍尺飞剪的电气撑制
６５
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。 ３特点