棒材中轧飞剪自动控制系统研究_轧大规格棒材飞剪
摘要 本文介绍了四川德胜集团棒材全连轧工程中轧飞剪的系统配置及控制理论，其控制系统采用西门子全数字直流调速装置6RA70和晶闸管组成，配以西门子工艺控制模板T400，辅以热金属检测仪和数字编码器，较好的完成了剪切、定位控制。
关键词 飞剪；全数字；T400工艺板；位置闭环
中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）34-0135-01
1 概述
四川德胜集团棒材全连轧工程设计生产规模为60万t/年，主要产品为螺纹钢筋和圆钢棒材，全线轧机采用平立交替布置，并采用了高刚度短应力线精轧机、切分轧制工艺、在线热处理工艺、带密集链的步进式冷床、两级自动化控制等先进装备和技术，最高轧制速度为18m/s，轧线设备装备和自动化控制均达到国内同类轧线较高水平。
中轧飞剪的主要功能是切头、切尾及事故碎断，它关系到轧件能不能顺利进入精轧机组及成材率，故而对中轧飞剪剪切控制尤其重要，下面以德胜棒材中轧飞剪为例，分析一下它的具体控制理论。
2 传动及自动化系统配置
传动系统：采用西门子公司的全数字直流调速装置6RA70-25型，通过扩容，构成调速装置。即得用西门子公司60A装置中的控制模块来控制，用国产晶闸管经过改装替换60A装置中的原装功率模块，做到以小带大，这样既保持了西门子装置系统的先进性，又大大降低了投资费用。
自动化系统：直流传动装置配套西门子公司的CBP2通讯板及T400工艺板来完成通讯和控制。T400模板是SIMADYND系统新一代的工艺类型产品，它因有一个32位CPU板而具有极高的运算能力和强大功能。T400的运算能力相当于功能强大的SIMADYND-D CPU，它可以做为选件插入西门子的交、直流驱动装置，数据由T400经驱动器的高速双口RAM传送到驱动器的主控制模块和通讯模块中。T400模块的最小执行周期小于0.8ms，运算为浮点小数，并且与主控模块和通讯模块同步。
由于CBP2与T400都是以选件的形式内置于直流调速装置，这就大大的节省了成套空间，而且CBP2与T400之间的同步通讯保证了上位机发出的指令能及时的传达给T400工艺模板，并由后者完成最终的控制。
3 剪刃位置控制
设计剪切位即两个剪刃完全闭合的位置为零位，安装接近开关，用于程序里面的位置复位及定位，T400通过飞剪电机后面的编码器及传动减速比来确定飞剪剪刃的位置（0°~360°），当接到剪切指令后开始起动加速，加速到一定角度时到达设定值，然后开始匀速运行直至到达剪切位置，整个剪切过程大约为250°；当剪切完成后到达减速位置，采用速度位置闭环 PID调节给定的方式,到达停止位置速度为0，剪刃停在停止位置。
4 剪切控制方法
T400工艺板通过接收热金属检测仪及编码器信号，对轧件进行切头、切尾。当发生事故时，2#飞剪均对后续轧件分段进行碎段。
对于飞剪控制，设有两个检测回路。其一是安装在飞剪电机轴上的编码器，另一个是轧件头尾从飞剪前热金属检测仪器HMD到飞剪距离的检测回路，主要由安装在上游机架的编码器、HMD完成。
飞剪的切头、碎断速度设定由下式给出：
Vr =Vc×（1+Ks）
而飞剪的切尾速度设定由下式给出：
Vr =Vc×（1-KD）
其中：Vr：飞剪速度给定值
Vc：中轧末架的速度（由中轧末架编码器计算得出）
Ks：速度超前系数(5~10%)
KD：速度滞后系数(3~5%)
无论轧制速度的高低，轧件从HMD到飞剪所走过的距离是固定的。安装在上游机架电机轴上的编码器所产生的脉冲数与轧辊所转过的角度成正比，从而也与轧件所走过的距离成正比。当HMD检测到轧件头部或尾部时，启动T400累加上游机架编码器的脉冲数，当计数到所设定的值时启动飞剪。
飞剪的剪切启动分两种情况：
切头启动时所需累加的脉冲计数值为：
CHU = C1 + CHL - C2-C3
其中：CHU：切头启动时所需累加的脉冲计数值
C1： HMD到剪切点的脉冲计数值
CHL：切头长度所对应的脉冲计数值
C2： 系统响应时间所对应的脉冲计数值
C3： 停车位到剪切点所对应的脉冲计数值
切尾启动时所需累加的脉冲数值为：
CHU = C1-CTL-C2-C3
其中：CHU：切尾启动时所需累加的脉冲计数值
C1：HMD到剪切点的脉冲计数值
CTL：切尾长度所对应的脉冲计数值
C2：系统响应时间所对应的脉冲计数值
C3：停车位到剪切点所对应的脉冲计数值
5 结论
飞剪控制系统是一个非常复杂的系统，既有传动的双闭环控制，又有剪切定位的逻辑控制。但本套系统是全数字系统，具有计算精确、响应快、误差小，抗干扰能力强等特点，较好的适应了连续轧制生产线的要求。
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