定尺剪系統改造設計與應用

王成龍，張國鋒，段文宇，于美麗，馮旻

（山鋼股份濟南分公司檢修公司，山東濟南 250101）

信息化建設

定尺剪系統改造設計與應用

王成龍，張國鋒，段文宇，于美麗，馮旻

（山鋼股份濟南分公司檢修公司，山東濟南 250101）

針對濟鋼2 500 mm軋鋼產線定尺剪定尺誤差大的問題，在原有基礎上增添定尺機構，使用RS Logix 5000編程軟件對硬件系統進行組態，采用MSG數據通信方式實現了多網絡通信、定尺機自動定位、多電機同步減速控制，應用RS View設計上位畫面，方便操作。應用表明，鋼板定尺精度控制在±1 mm，提高了生產效率。

定尺剪；定尺切割；自動調節；剪切精度

1 前言

濟鋼2 500 mm軋鋼產線北線精整區定尺剪，原采用編碼器計數法實現定尺功能。定長時，測量輪壓緊鋼板表面，由安裝在測量輪上的編碼器測量出鋼板在輥道上行走的距離，以此來完成鋼板在生產輥道上的定尺。但是，實際生產過程中，由于測量輪磨損，編碼器累計誤差，設備震動等多種因素引起定尺誤差大，影響到鋼板的剪切精度和生產線的成本。

因此，采用編碼器行走，擋板式精確定位定尺機構，可有效避免機械磨損產生的誤差，實現鋼板精確定位。根據定尺機構自動化控制系統的結構，結合定尺機自動化控制原理，提出了定尺機構自動化控制的改造方案。

2 改造后電氣系統構成

2.1 硬件組成

濟鋼2 500 mm軋鋼產線改造后定尺剪系統硬件包括傳動控制系統、位置檢測系統、自動控制系統和公共電源系統。

傳動控制系統在原有的2臺200 kW主剪電動機、4組5.5 kW入口輥道臺單傳輥道電機、1組5.5 kW出口輥道臺單傳輥道電機和7臺主剪附屬電機基礎上，增添1臺45 kW定尺機電動機和1臺11 kW擋板電動機。其中，主剪電機由AB 1336T變頻器進行變頻控制，輥道電機由AB 1336F變頻器進行變頻控制，主剪輔助電機由AB 1336E變頻器進行變頻控制，增添的定尺機電動機和擋板電動機均由AB 700變頻器進行變頻控制。

改造后位置檢測系統由絕對值編碼器進行位置檢測，通過定尺機上標針指示的示數確定測量鋼板的長度。

自動控制系統在原有的AB Control Logix控制器機架上增添1塊控制網組態模塊CNB，1塊設備網組態模塊DNB。增添1塊遠程Flex，兩塊I/O輸入模塊1794 IB16，兩塊I/O輸出模塊1794 OB16。

公共電源系統中整流/回饋單元采用AB 2364 FNRU+RGU組合方式，為所有逆變器提供公共直流電源，RGU組態于控制網。變頻調速裝置只選用了逆變器。

操作監控系統包括2臺上位機和2臺視頻監控攝像頭。

2.2 應用軟件

定尺機自動控制系統使用RS Logix 5000編程軟件對硬件系統進行組態，使用RS Net Worx for Control Net軟件進行Control Net控制網絡優化，使用RS Net Worx for Device Net軟件進行Device Net設備網絡優化。AB700變頻器參數使用Drive Tools軟件進行設置。上位監控操作畫面使用RSview studio軟件編寫。

3 系統控制原理及應用

3.1 定尺機工作原理

定尺機構安裝在定尺剪輸出輥道上方，由小車行走機構、定位機構、擋板的升降機構構成。定尺機構通過小車行走機構的移動來調節小車與定尺剪的間距，調節到指定位置后通過定位機構實現定位，定位后通過擋板的升降機構落下擋板，鋼板由輥道傳送至擋板處停止，操作員操作定尺剪完成剪切。其中，小車行走機構采用齒輪齒條傳動的方式，定位機構采用定位爪插入定位齒條的方式，小車行走機構上帶有監控攝像頭、小車電機、擋板電機。

3.2 控制流程及控制方案

定尺機可分為手動和自動兩種運行模式。定尺機自動定位模式是操作人員根據生產需要在上位界面中輸入規定的剪切長度，定尺機按照剪切長度自行移動到剪切位置。定尺機手動定位模式則要求操作員根據生產要求，一邊觀看車載監控攝像頭實時監測鋼板定尺情況，一邊操作主令及時做出調整。

3.2.1 多網絡通信控制技術

為了減輕定尺剪Control Logix控制器的負荷，將定尺機控制系統增添的設備網控制模塊DNB和控制網設備模塊CNB連接到收集區的Control Logix控制器中。因此，實現兩個Control Logix控制器的通信至關重要。

本設計采用MSG數據通信方式［1］完成兩個Control Logix控制器的通信。由于MSG指令在Control Net網絡中屬于非預定性數據，所以無須重新規劃網絡，只需在定尺剪Control Logix控制器側和收集區Control Logix控制器側分別建立讀寫指令，編制好指令直接運行。MSG指令通信編程：

1）數據傳送組態。MSG指令編寫之前，首先為MSG指令建立一個數據類型為Message結構的標簽。其次，在Message Type中選擇指令要傳送的類型（讀/寫）；在Source Element鍵入發送信息的地址，讀操作鍵入對方控制器發送地址，寫操作鍵入本控制器發送地址；在Number Of Element中選擇發送信息尺寸；在Destination Element中鍵入接受信息的地址，讀操作鍵入本控制器接收地址，寫操作鍵入對方控制器接收地址。

2）通信路徑設定。在I/O組態中添加對方控制器，通過Browse找到對方控制器。

信息發送路徑：收集區控制器L62→其下掛接的CNB→控制網絡Cnet→定尺剪控制器L55掛接的CNB→定尺剪控制器L55。

3.2.2 自動定位技術

定尺機自動定位系統以絕對值編碼器為反饋值［2］，通過如下公式計算出定尺機實際位置。

其中，Lf為定尺機實際位置值，LMax為定尺機位置最大值，LMin為定尺機位置最小值；EU為絕對值編碼器實際值，EUMax為定尺機位置最大值對應碼值，EUMin為定尺機位置最小值對應碼值。

定尺機自動系統根據定尺機實際位置和設定位置的的差值來控制定尺機電機的給定速度。差值較大時，給定速度較大，差值較小時給定速度小，達到設定精度，給定速度為0。

給定速度與實際位置和設定位置的差值公式如下：

其中，v代表給定頻率，Hz；le代表實際位置Lf與設定位置Ls的差值。

自動定尺技術利用RS View上位軟件和RS Logix 5000編程軟件實現。利用RS View上位軟件中Numeric Imput數字輸入框設置設定位置將設定位置值傳給變量Setposition；利用RS Logix 5000編程軟件中的FBD功能圖中的SCL比例模塊計算出實際位置值Factposition，SUB模塊將設定位置Setposition與實際位置Factposition作差，得到公式（1）中的le；根據公式（1）給電機設定相應頻率，由此完成定尺機的自動定位。

3.2.3 多電機同步減速技術

按照原有的輥道速度傳送鋼板，鋼板對擋板的撞擊力大，容易損壞擋板。因此，在定尺機構的左右探板上安裝兩組光眼，每組光眼加擋板下限位作為一路減速信號。當減速信號來到，入口輥道、擺動臺輥道、出口輥道線速度均降為原速度的50%，將計算出的輥道線速度轉化電機的轉速傳送到各自變頻器，實現了多電機速度同步。

3.2.4 上位組態技術

定尺機上位界面由定尺界面和標定界面組成。在定尺界面中，操作人員可通過軟件盤修改剪切數據，并可以監控定尺機變頻器、擋板變頻器運行狀態，一旦發生故障立即報警，方便維護和檢查。

標定界面顯示了編碼器當前碼值［3］，以及標定的最大值對應的碼值和最小值對應的碼值。操作員在標定最大值、最小值輸入文本框中填入對應的值即可完成標定。

4 結語

2014年7月定尺機項目正式投入運行后，鋼板的定尺精度控制在±1 mm，降低了鋼板剪切的誤差率，提高了鋼板的成材率，預計每年創造效益約120萬元。同時，該項目減少了人為劃線標定的次數，加快了2 500 mm北線精整區域軋制節奏，提高了生產效率。

［1］鄧李.Control Logix系統實用手冊［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［2］李曉輝.鋼板自動定尺模型在滾切式橫剪系統中應用［J］.山東冶金，2012，34（2）：67-68.

［3］周濤.Rockwell自動化技術在中厚板雙邊剪控制系統中的應用［J］.自動化與傳動，2012（5）：48-50.

Design and Application of Length Shear Gauge System Transformation

WANG Chenglong,ZHANG Guofeng,DUAN Wenyu,YU Meili,FENG Min

（The Maintenance Company of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

In order to solve the big error problem of length shear gauge dividing in Jinan Steel’s 2 500 mm rolling production line,the system was transformed by adding length agency based on the original.Using RS Logix 5000 programming software configured the hardware system;Using MSG data communication achieved multi-network communication,the auto positioning of the shear gauge and multi-motor synchronous deceleration control;Applying RS View designed upper screen and is easy for operation.Application showed that the cutting precision was controlled within±1 mm,the production efficiency was improved.

length shear gauge;dividing;automatic adjustment;cutting precision

TG334.9

A

1004-4620（2015）01-0054-02

2014-09-02

王成龍，女，1989年生，2013年畢業于內蒙古大學控制工程專業。現為山鋼股份濟南分公司檢修工程公司軋鋼部助理工程師，從事電氣設備維護及改造工作。