3#飞剪稳定性攻关

3#飞剪稳定性攻关

一、3#飞剪2011-2013年运行情况

项目2011年2012年2013年

反转故障7 8 6

其它故障 3 3 4

合计故障次数10 11 10

二、3#飞剪主要故障

1、剪切过程中反转故障

2、过程中不剪故障及连剪故障

3、直流传动系统电气故障

三、3#飞剪基本工作系统构成及工作原理

飞剪的电气控制系统主要由西门子400系列PLC 415-2DP CPU、DI模块、 DO 模块、高速计数器模块FM450-1、与剪刃同轴的接近开关、飞剪传动电机尾部编码器和西门子全数字直流调速系统6RA70装置及安装在3#飞剪前的热金属检测器(1#HMD)以及安装在3#飞剪后的2#HMD组成。

在生产中，当轧件经过成品轧机后，被1#HMD检测到后，1#HMD的信号输入到PLC中，当轧件通过3#飞剪到达剪后2#HMD时经过短时滤波处理后(热检锁定信号)，用来触发高速计数器开始计数。当计数值等于X（即倍尺长度预设值）时， PLC通过DO模块，向6RA70装置发出剪切命令，当剪切完成后，与剪刃同轴的接近开关发出信号，6RA70开始制动，最终剪刃停止在停止位置。利用自由

功能块调整飞剪的启停，使剪刃停止在一定范围内，等待下一次剪切动作。以此类推，直到检测轧件离开1HMD后，高速计数器复位，等待下一根轧件再开始工作。用1#HMD检测成品是否是属于一根坯料，来保证飞剪的连续性剪切及每根倍尺料剪切长度正确，2#HMD每次检测到信号后，高速计数器开始计数，利用高速计数模块的硬件中断功能触发飞剪剪切，剪切完成后，复位高速计数器，等待2#HMD的下次上升沿。

四、3#飞剪故障分析

因3#飞剪工艺要求的快速响应、瞬时起停特性要求该设备的电控系统性能必须十分稳定，系统响应快速精确，信号传输准确无误。而3#飞剪在生产过程中发生的误动作正是由于控制系统不稳定造成的。

3#飞剪控制系统控制链路上包含了直流调速回路、给3#切分剪发起停信号的热金属检测器、编码器及编码器电缆、轧线S7―400PLC等众多数字化电气元器件。控制信息在这条复杂链路上采集、传输、转换、处理。过程中发生的任何微小差错都会导致系统控制的不正常。

1.1信号跟踪系统原因

从原理分析，3#飞剪发出剪切动作的信息源于给3#飞剪发起停号的热金属检测器（HMD），如果HMD有钢信号在信道中传输时受到外来电磁干扰造成信号丢失或多发，飞剪则会不切或多切，最终造成设备及工艺事故。

热金属检测器（HMD）检查故障，可以通过主电室内设置的过程信号监控计数机，监控热金属检测器（1、2HMD）的信号是否正常进行判断，故障判断比较简单直观。另外3#飞剪由于直流调速系统故障引发的设备故障因直流调速装置自身的故障检测功能较完善，故障后也能较快的确定并进行相应的处理。从历年设备故障原因统计数据看，由热检检测故障造成的3#飞剪设备故障，站3#飞剪设备故障率的30-40％。电气传动设备故障2011年发生一次，12-13年电气传动故障为零。

1.2 PLC控制系统的原因

如果1、2HMD检测到轧件头部到来后发出的有钢信号经信号电缆传输到PLC 后，PLC交换和处理数据的时间不稳定，则会造成剪切长度不稳定。

如果3#飞剪直流传动系统装置工作不稳定或参数设定不当，造成飞剪不能按照工艺设定的加速动作执行剪切，会造成倍尺长度不稳定。

1.3飞剪位置跟踪系统原因

3#飞剪运行位置及速度检测是由与电机同轴安装的增量型编码器和与剪刃同轴安装的刀轴接近开关完成，该编码器有A、B、Z三相信号和A/、B/、Z/两路脉冲信号输出，其中Z和Z/相信号每转一周输出一个脉冲信号，用于编码器的初始定位，A、B两相输出的信号波形完全相同，只是在相位上相差90度，利用A、B两相信号的相位差来判别编码器的转向和实现对编码器的计数。

从3#飞剪运行控制程序知道，3#飞剪的定位是靠定位编码器在0度位置和刀轴开关发出信号表明剪切已完成，定位系统通过反向制动使驱动停止，并最终使剪刃停止定位在起始位置。在此过程中，定位信号对飞剪的准确定位起着决定性作用。如果在此过程中，控制系统连续收到零位信号或零位信号在该来时不来，位置调节器将连续进行调整或不进行调整，反映到飞剪工作过程中即是多剪、少剪或不剪。通过分析我们知道，零位信号连续到来或在该来时不来现象的产生源自与剪刃轴同步安装的刀轴接近开关信号在外部电磁干扰下发生了信号误发或丢失造成。

同时造成飞剪反转的原因主要是，飞剪速度反馈码盘反馈信号及飞剪定位码盘信号受到电磁干扰，以及速度检测编码器零（Z）通道信号在外部电磁干扰下发生了信号误发或丢失造成。码盘信号受到干扰将造成反剪(1)反向定位时速度参考值计算过大，未在定位处制动，造成反剪。(2)剪刃实际位置与参考定位位置偏差过大，反向速度参考值过大，造成反剪。同时因码盘信号受到干扰还会出现抖动不剪现象，位置编码器坏或线路受外界干扰信号造成误触发，使剪刃位置被清零，定位参考值又发出，使剪刃又找定位点发生抖动。根据统计数据，

3#飞剪反转故障站3#飞剪故障率的60％。

五、采取的措施及对策

根据3#飞剪的故障原因，主要采取了如下措施及对策

1、提高直流调速系统的动态跟随性能和动态抗扰性能，3#飞剪要求快速起制动、突加负载动态速降小的动作特点要求传动装置运行必须稳定可靠，我们通过优化直流调速装置P、I调节器及其它的相关参数以保证调速系统的良好动态跟随性

能和动态抗扰性能（包括抗负载扰动和抗电网电压扰动）。通过调整直流调速装置的参数设定， 3#飞剪的快速制动及准确定位有了较明显的改善。

2、增强控制系统信道的EMC能力

电磁兼容性（EMC）

规则1：避免不必要的电缆长度，以减少耦合电容和电感。

规则2：将备用导线在两端接控制柜地，以增加附加的屏蔽效果。

规则3：如果电缆是紧挨着柜子地布线，相互干扰将较强。因此，柜内的连线不应随便布置，而应尽可能地贴着柜架和安装板，这也适用于备用电缆。

规则4：信号电缆和动力电缆必须分开布线（避免由于耦合而引入干扰），至少应保持20CM的空间。如果编码器电缆和电动机电缆不能分开布置，那么编码器电缆必须通过安装金属隔离或安装金属管或者金属槽以实现解耦，金属线槽必须多点接地。

规则5：数字信号电缆的屏蔽必须双端接地（源和目标）

规则6：数字信号电缆应按信号组进行屏蔽

规则7：数字信号电缆应尽量远离模拟信号电缆。

根据上述规则，我们为提高3#飞剪控制系统信道EMC能力进行了如下工作：

（1）将编码器零（Z）通道信号通道与编码器电缆A、B信号隔离，用单独的分屏传输编码器零（Z）通道信号。提高（Z）的抗干扰能力。

（2）规范3#飞剪控制系统信号电缆的屏蔽双端接地。

目前存在问题

（1）信号电缆的敷设路径不是最佳，不能避开强电磁场的干扰，同时电缆防护能力不强。

（2）信号电缆敷设未全程穿钢管，屏蔽效果不佳。

3、加强现场检查，提高刀轴接近开关及热金属检测器信号检测的稳定性

1、规范自动化维护人员的的行为，对轧机系统热金属检测器及活套扫描仪光头及线路进行定期维护检查，主要是定期清扫光头，仪器接线定期维护检查，以提高检测设备的可靠性，减少由于维护不到位造成的设备故障，经过一年来的努力由于维护不到位的原因造成的检测设备故障基本未发生。