基于西门子PCS7系统的冷轧线飞剪自动控制研究

2020-12-20马玉宾

中国金属通报 2020年4期

马玉宾

（河钢集团邯钢冷轧厂，河北邯郸 056000）

冷轧机组中的飞剪又称为滚筒剪，是位于酸洗冷轧线轧机出口夹送辊之后的带钢剪切装置，其主要作用是按照一定的长度要求对成品带钢进行剪切，以便于带钢分卷。飞剪与后续的卷曲等工序密切相关，影响到带钢产品的长度规格，因此对于飞剪的控制精度要求较高，以保证统一的带钢长度尺寸。邯钢冷轧机组出口飞剪自动控制采用西门子PCS7系统，该系统为工业生产过程控制提供了完全无缝集成的自动化解决方案，与6SE70变频器系统共同对飞剪剪切过程的自动化控制，有效保证了剪切的精度。本文介绍了邯钢冷轧线出口飞剪自动控制系统的运行原理，对西门子PCS7系统的相关应用进行了探讨。

1 飞剪的工作过程和控制过程

1.1 飞剪的工作过程

飞剪的执行机构主要由飞剪电机、抱闸、齿轮箱、飞剪滚筒、剪缝调节电机等几部分组成。飞剪运行时，由飞剪电机提供动力带动两个飞剪滚筒转动，以完成剪切过程。此外，设备上还装有两个编码器分别用来测量剪切角度、剪缝距离等参数。剪缝调节电机则会根据剪切角度、剪缝等参数的设定值对其进行调节，以确保剪切面的垂直平整和剪切尺寸的统一。此外，飞剪还设有接近开关用来检测剪子的基本位置。飞剪设备设有自动剪切和手动干涉两种控制方式，可根据生产的实际需要进行选择。

1.2 飞剪的控制过程

LCO负责全线的协调控制，飞剪在得到LCO发出的N秒内剪切的控制指令后，PLC首先会根据测量机构提供的剪缝实际值与设定值进行比较，通过剪缝调节电机逐步调整剪缝达到设定值。当所有剪切参数条件满足后，飞剪控制变频器和电机便会在PLC提供的带钢剪缝设定值下，带动飞剪滚筒转动进行剪切操作。剪切时，滚筒由0°角基本位旋转到-35°剪切位，滚筒在得到剪切指令后开始旋转，带动飞剪加速并与带钢表面接触以完成剪切。剪切完成后，飞剪迅速停止运动，并在接近开关控制下回到基本位等待下一卷剪切指令。

2 飞剪的控制系统结构

飞剪的控制程序采用了西门子最为先进的PCS7系统，该系统是完全无缝集成的自动化解决方案，可用于所有的工业自动化控制领域。具有大容量架构、在线修改、用户HMI组件等功能优势，可快速、准确地完成控制功能。控制程序以FB2D2V基本驱动模块作为控制平台，结合二级数据接收、矢量控制等功能模块共同完成剪切操作。飞剪传动系统采用多功能集成的模块式电压源型6SE70变频器，逆变器电子箱中包括CUVU系统电子板、CBP通信板以及T400工艺板，各模板间通过双口RAM进行数据传输。CUVU电子板的功能主要包括对转矩控制、速度控制、频率控制等动态化参数的矢量控制，通过对这些参数的控制进而实现对直接转矩的控制。T400工艺板实现的功能包括对飞剪转速、转矩、设定值路径的计算；带钢长度闭环控制；剪切操作模式的选择；剪切速度的修正以及断带监视和启停控制。飞剪的闭环控制系统分为闭环控制系统和设定值发生器两个部分。其中闭环控制由转矩和转速控制、角度位置串列组成；板长剪切按照T400板设定程序参数，根据板带剪切设定值与飞剪旋转周长的对应关系，对板带运行速度进行调整。

3 飞剪的自动控制应用

飞剪自动控制程序采用西门子PCS7系统，其中飞剪由采用Simatic TDC系统控制。Simatic S7以基本控制模块FB2D2V作为控制平台，用于自动顺序低速控制、二进制连锁和飞剪剪缝调节。

3.1 飞剪剪切控制

剪切的关键是要保证位置的准确，既要使带钢被切断，又要避免飞剪剪缝的重叠。首先，飞剪从零度角基本位置顺时针旋转到-35°剪切起始位置，每次剪切均从该位置开始。然后逆时针加速旋转到剪切位置，此时飞剪达到剪切速度开始剪切带钢；然后逆时针旋转至离开板带的位置，完成对板带的剪切。

此时飞剪开始减速直到完全停止，然后按顺时针再次回到零度角基本位，由此完成一个完整的剪切流程。在剪切过程中，要求带钢速度保持在150m/min～300m/min的恒定范围内；紧急剪切时，最小剪切速度不得小于60m/min，以避免出现卷径进一步加大的情况。剪切位置受带钢焊缝的影响，总是将剪切位置设定在临近焊缝的窄带钢一侧，而这也有利于降低剪切作业量。

3.2 飞剪剪缝的调节

飞剪剪缝的调节的精度与剪切效果密切相关，如果误差较大不仅影响剪切质量，甚至会损坏飞剪。剪缝的设定值由PLC根据带钢厚度决定，由编码器进行检测和调节。受带钢焊缝前后厚度变化的影响，控制系统很难在较短时间内进行剪缝调整，此时调整将根据较薄带钢来执行。

剪缝的调节只能由大向小，由电机驱动完成调节过程。比如实际剪缝是0.07mm，如果需要得到0.16mm的剪缝，需要先将剪缝调整到比0.16mm略大一点的值，然后再向0.16mm靠拢。剪缝调节过程中还要注意电机速度变化对调整精度的影响。飞剪剪子直接与坚硬的带钢表面进行剪切作业，属于易于磨损的机械部件，大量的剪切作业后会不可避免地出现磨损。因此需要根据剪切量和飞剪磨损情况不定期地更换剪子，更换后需要依靠剪缝测量系统重新调节飞剪位置和剪缝，使其与辊缝平行。