直轧560 飞剪控制的研究

侯新民

（河钢承钢线材事业部，河北 承德 067002）

560 飞剪是由北京京城瑞达设备有限公司设计，实现手动切头、切尾；自动切头、切尾投入与退出；远程触摸屏调整切头、切，尾长度。使飞剪运行稳定，控制精度高，产品质量得到应有的保证。实际生产中由于轧线的设备都存在自己的特点，系统设计、制造、安装、辅机配套等方面的原因，调速方式、控制方式选择不同，造成故障共性存在和个性产生问题，使轧线轧制速度受到限制，直接影响轧线正常生产。为此，对飞剪的调速方式、控制精度、外因对飞剪控制影响提出观点，并做出相应改进。

1 飞剪主传动设备的选择

（1）系统设计。直轧560 飞剪调速需求电机能够快速启、停，以较快的速度切换晶闸管,因此需使用电枢可逆型。当采用反并联两组晶闸管的结构为电枢可逆电路，就会出现环流问题。为减少环流对设备的影响，对两组晶闸管进行控制，使其每个时刻只能导通一组，T1（时间）：D1 ～D4；T2（时间）：D1 ～D6；T3（时间）：D3 ～D6；T4（时间）：D3 ～D2；T5（时间）：D5 ～D2；T6（时间）：D5 ～D4；T7（时间）：D1 ～D4。晶闸管的排列顺序（上下各3 组，每组2 只反并联）D1 和F4、D3 和F6、D5 和F2、D4 和F1、D6 和F3、D2 和F5,随时间进行周期无限循环，实现逻辑控制。在逻辑控制器中根据系统的运行状态，指挥正反晶闸管的通断，当晶闸管正向导通时，反向（反并联）晶闸管处于待逆变状态。在控制方法上，使用转速、电流双闭环控制保证调节电机电流满足快速的速度设定，不会产生过大电流对电机的损坏。这种结构为工程设计与生产实际带来巨大的经济效益。

（2） 直流电动机的四象限运行及正反组变流器的状态要求。在两组晶闸管变流器反并联可逆系统中，可利用正、反晶闸管变流器分别工作在整流、逆变的四种状态，来实现无环流状态，同时实现运行和回馈制动。具体状态如下：第一象限正转电动机运行，n ＞0，Id ＞0；VF（反桥）工作于整流状态αF ＜90°，Ed＜Udα。第二象限正转电动机运行，n ＞0，Id ＜0；VR（正桥）工作于逆变状态βR ＜90°，Ed ＞Udβ。第三象限正转电动机运行，n ＜0，Id ＜0；VR（正桥）工作于整流状态αR ＜90°，Ed＜Udα。第四象限正转电动机运行，n ＜0，Id ＞0；VF（反桥）工作于逆变状态βF ＜90°，Ed ＞Udβ。

2 飞剪应急相应系统配置

生产实际需求飞剪应急相应准确是很高的，使飞剪任何时刻都具备手动优先、人为参与控制。直轧线1#～3#飞剪所有急停继电器均放置1#～3#飞剪PLC 控制柜内，分别设有3 个急停继电器，继电器正常状态线圈全部吸合：2#台控制柜+P2OS11的急停按钮-SB99 为常闭点与就地操作台+BM02LCB11 的急停按钮-SB99 常闭点串联，控制继电器ETP-K11 线圈；控制继电器ETP-K11 的常开点串入PLC 输入模块IC693MDL655 的B5 点，实现传动与自动化的正常通讯信号正常为1（正常状态均为24V高电平），急停时为0（急停状态均为0V 低电平）。提出针对性改善：急停按钮、继电器原有为单点控制回路，改为双点控制回路，提升设备控制的稳定性。

3 飞剪合分闸及速度给定控制

（1）飞剪PLC 柜内的传动合分闸继电器为1S8-K21，线圈由PLC 模板1S8 的C5 通道控制，控制传动装置合闸时K21 继电器吸合，分闸时K21 继电器释放。

（2）飞剪传动装置的速度给定来自飞剪PLC 系统APM 轴定位模板的±10V 模拟量电压信号，线号为APM（A）-VEL+和APM（A）-VELCOM，接线端子为DZ_CS3：21 ～22。飞剪传动装置CUVC 板X102：17、18（AI2 通道）端子定义为速度给定通道，信号即来自PLC 轴定位模板，通过传动参数P443（速度主给定通道）连接K0013（AI2通道）将模拟量电压信号送入速度给定。

4 飞剪原位标定的方法与标定容错误的操作

（1）飞剪原位标定的方法。标定的具体步骤如下：将就地操作台上选择“就地”操作，“就地”指示灯亮。按住就地操作台上的“故障响应”按钮，在按一下飞剪“投入/原位”按钮，系统进入原位标定状态，飞剪“投入/原位”灯闪烁。待系统搜索到剪刃原位接近开关停止后，飞剪“投入/原位”灯继续闪烁，操作“反点-停-正点”操作开关，进行正反向点动操作，使剪刃垂直闭合。按下飞剪“关断”按钮，标定结束。按一下飞剪“投入/原位”按钮，待系统搜索到剪刃原位接近开关停止后，飞剪“投入/原位”灯常亮，观察剪刃是否在正常位置，再按一下“单剪切”按钮，进一步观察剪刃位置。

（2）标定错误的操作。标定容易产生的错误：将“投入/原位”按钮和“故障响应”按钮同时按下，或者先按“投入/原位”按钮；在飞剪系统进入原位标定状态时，系统未能搜索到剪刃原位接近开关停止，就进行“反点-停-正点”操作；剪刃未垂直闭合时，进行下一步操作；再次按一下飞剪“投入/原位”按钮，未能等到系统搜索到剪刃原位接近开关停止后，飞剪“投入/原位”灯常亮时；或者最后未进行“单剪切”操作，就进行轧钢。以上的状况是生产实际存在的错误操作，以及操作误差，每次都会影响生产，造成废钢。

5 飞剪常见故障及处理方法

（1）系统最常见的是报21A9 故障，原因时码盘故障或码盘线路受到干扰，解决方法：①更换码盘；②更换对应飞剪传动柜内的脉冲分路器；③检查码盘电缆的屏蔽接地是否牢固可靠；④检查码盘线路是否受到损坏或干扰。

（2）剪切长度和剪切速度有突变，解决方法：①检查飞剪1#热检、2#热检检测信号是否可靠；②检查触摸屏热检诊断记录中1#热检、2#热检前沿计数是否一致或者突变；③检查触摸屏测长记录画面中的测量值是否有突变；④检查触摸屏测量系统画面中的辊径是否有突变；⑤必要时更换APM 轴定位模块。

（3）原位标定时飞剪低速旋转不停，解决方法：①检查现场原位接近开关信号是否正常；②检查原位接近开关信号是否能可靠返回到PLC。③改进原位接近开关型号，由原来的Φ16 改为Φ25，同时加固接近开关的固定支撑部位，防止飞剪剪切振动引起部件脱落，造成控制信号失控，引起废钢产生。

（4）原位标定时飞剪加速旋转，解决方法：①检查脉冲分路器到APM 的脉冲接线是否可靠；②检查脉冲分路器到APM 的脉冲信号A、B 相是否接反；③更换脉冲分路器。

6 GE飞剪程序软件基本操作

CIMPLICITY Machine Edition 应用程序恢复方法如下。

（1） 解压缩飞剪程序包。打开桌面CIMPLICITY Machine Edition 软件，选择cancle（取消）后进入画面，右键点击My computer，选择Restore 后弹出选择对话框，如图1 所示。

图1 CIMPLICITY Machine Edition 软件的Projects 栏

选择文件类型为（*.swxcf），选择文件chengde_write2_sh.swxcf（二高线飞剪项目文件），点击打开解压缩程序包完成。

（2）飞剪控制程序下载。双击双击左侧项目文件chengde_write_sh 之后显示三个剪子程序，在Target 下拉菜单中选择set active target 的子菜单中的需要激活的程序，在左面被激活的程序显示粗体黑色，注意只有被激活的子程序才能进行具体操作。右击被选中的子程序，选择属性（properties），在弹出的画面中选择以太网（ethernet）或者串口（直轧线为com 4）通讯方式，如图2 所示：直轧线选择以太网通讯时候IP 地址设为：3.0.0.11（1#FJ）；3.0.0.12（2#FJ）；3.0.0.13（3#FJ）。

图2 选择以太网、串口通讯方式

需要重新下载程序时在当前激活的子程序下右键选择Download to PLC 后会提示用户选择仅下装软件或者硬件或是软硬件同时下装。

7 飞剪实际故障分析与改进

（1）内部影响因素

①首先查看剪切时的速度与电流（图3），如下。

图3 剪切时画面

从此画面中可以看出，剪切后飞剪速度斜坡斜坡下降时，电流明显不正常。

②观査PDA 曲线（如下图4），发现在乱钢前8 跟钢坯时，剪刃位置出现异常（图4）。

图4 剪刃发生位移现象

从上图可以看出两个主要影响因素的问题：①原位接近开关，原位接近开关只在投入原位时起作用，其余时间不起参控作用，只起到对实际剪刃位置的监控作用。②编码器方面分析，首先对编码器脉冲进行测定，A、B 相均正常，相差90 度电角度，而且传动装置未报码盘故障（F042）。③对脉冲分路器进行波形监测，未出现任何问题。

（2）针对外部原因进行分析。剪刃不能正常碎断引起的异常：机械设备误差存在，造成不能正常剪切；轧件弯头偏离剪刃不能正常碎断；轧件弯头不在正常轨迹，撞在剪头造成剪刃不在初始位置，造成不能正常剪切。

（3） 解决方案与实施。对飞剪机械进行下线检修，排查齿、轴装配、磨损间隙，利用先进仪器检测静态误差，消除因误差存在引起剪刃的偏移，对轧件的阻挡，产生废钢，造成生产成本的加大，带来不必要的经济损失。

8 结论

通过对飞剪传动装置和控制系统有针对性的结构改进，严格对飞剪的基础设计与维护过程管控，使得飞剪故障率明显减低，提高了设备使用寿命、控制精度，从而降了低事故停机时间，稳定了生产，提升了直轧产品质量。对飞剪的创新性改进探索，取得了良好的使用效果，彻底解决因设计缺陷和外在原因引起飞剪的剪切精度，确保飞剪各项功能使用。同时也为飞剪国产化及推广使用提供了理论和实践依据，达到了公关目标。