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。

热金属检测器是用来检测热金属运动方向和头、尾出现时
刻的装置，是现场检测信号的主要来源。

机架、飞剪的直流电动机的整流器可采用相同的信号，一般采用西门子6RA70 SIMOREG DCMASTER 系列整流器。

1.2.2 控制原理常规剪切系统中存在的主要问题是剪切定位准确度不高，运行稳定性差、
剪切速度缓慢等，而飞剪控制系统则通过软、硬件的配合，将上述问题进行有效消除。

其控制
原理如下：首先，轧件头部剪切超前问题和尾部滞后问题的解决。

轧件头部剪切时，剪机的启
动或停止应利用预先设定的控制系统进行控制，并且剪切机剪刃的水平分速度应等于或大于轧
件速度；而在对轧件尾部进行剪切时，则应使分速度小于轧件速度。

其次，轧件进速问题的解决。

轧件进入剪切机前的速度可通过辊径法或测量法进行计算。

辊径法计算的依据为剪前机架
压辊直径、电机转速和机械速度比三相参数；测量法原理为：飞剪前两个安装热金属检测器，
高速计数器自轧件头部或尾部到达第一个热金属检测器时开始计数，到头、尾信号到达第二个
热金属检测器时终止，两次计数值对应两个热金属检测器之间的长度距离，据此计算轧件在每
个脉冲周期中走过的距离。

在实际生产中，两种方法可同时采用，互补优势，使剪切长度得到
精确的控制。

最后，飞剪启动问题的解决。

飞剪速度基准值根据飞剪前机架速度的基准值和超
前系数计算而得，超前系数可根据生产需求进行调节，当第一个热金属检测器检测到轧件头部
或尾部时，PLC 系统即可开启速度基准值的计算。

飞剪电机采用恒加速方式启动，然后根据剪
刃从原位启动加速到达到剪切位置的时间，计算出系统发出飞剪启动指令的最佳时机。

1.3 控制系统软件设计
软件程序由轧线信号及处理、轧件头部和尾部剪切操作、飞剪驱动、夹送辊操作、报警等
几大模块组成。

系统软件要解决的核心问题是对剪切过程中产生的各种检测信号进行准确判断，并根据信号对相应设备的操作进行自动化控制，这种自动化控制是通过以上几大模块的协调作用，依次完成接收信号、分析信号、处理完毕后，控制各对应设备的启动、制动等系列操作。

1.3.1 PLC 程序设计
本次设计飞剪系统的PLC程序采用的编写软件为Logicmaster 90，利用模块化方式进行程
序编写。

其中，主程序中包含的模块如图1所示。

1.3.2 触摸监控器画面制作与功能此次控制系统的触摸监控器的触摸画面采用Pro2face
显示，在HM I画面中可完成多项操作功能，如剪切超前、滞后，控制切头或切尾长度的功能；热检信号监控功能；切尾、切头、切废选择功能；剪切位置监控功能以及应急剪切选择功能等，另外还能完成HM I 参数，按钮和PLC 之间的交互通讯功能。

2 总结
在轧钢电气工程中，飞溅控制系统是最复杂、涉及面最广的组成部分，在轧钢过程中，做
好准确、可靠的控制系统，对于提升我国整体轧钢水平具有十分重要的作用。

利用PLC 控制系统，提升飞剪控制系统的可靠性、准确性、先进性，不仅可以提高轧件的剪切质量，对于减少
金属资源浪费，提高轧钢行业的生存率，也具有十分重要的意义。

参考文献:
[1]李天真,蒉秀惠.基于PLC 的高精度飞剪控制系统[J].机电工程,2010（01）:100-102.
[2]于洋.基于PLC 平台的棒材飞剪自动控制系统设计[D].青岛理工大学,2014.
[3]蒉秀惠.轧钢系统中高精度飞剪控制系统的设计[D].浙江工业大学,2009.
[4]付聪.基于PLC 的飞剪控制系统在连退机组的应用[J].科技视界,2014（07）:106+148.
作者简介王克亮，1974 年出生，1996 年参加工作至今主要从事冶金传动、自动化专业工作，目前在北方工业大学就读在职工程硕士，控制工程专业，主要研究方向为轧钢控制，学号2014331110108。