直軋560 飛剪控制的研究

侯新民

（河鋼承鋼線材事業部，河北 承德 067002）

560 飛剪是由北京京城瑞達設備有限公司設計，實現手動切頭、切尾；自動切頭、切尾投入與退出；遠程觸摸屏調整切頭、切，尾長度。使飛剪運行穩定，控制精度高，產品質量得到應有的保證。實際生產中由于軋線的設備都存在自己的特點，系統設計、制造、安裝、輔機配套等方面的原因，調速方式、控制方式選擇不同，造成故障共性存在和個性產生問題，使軋線軋制速度受到限制，直接影響軋線正常生產。為此，對飛剪的調速方式、控制精度、外因對飛剪控制影響提出觀點，并做出相應改進。

1 飛剪主傳動設備的選擇

（1）系統設計。直軋560 飛剪調速需求電機能夠快速啟、停，以較快的速度切換晶閘管,因此需使用電樞可逆型。當采用反并聯兩組晶閘管的結構為電樞可逆電路，就會出現環流問題。為減少環流對設備的影響，對兩組晶閘管進行控制，使其每個時刻只能導通一組，T1（時間）：D1 ～D4；T2（時間）：D1 ～D6；T3（時間）：D3 ～D6；T4（時間）：D3 ～D2；T5（時間）：D5 ～D2；T6（時間）：D5 ～D4；T7（時間）：D1 ～D4。晶閘管的排列順序（上下各3 組，每組2 只反并聯）D1 和F4、D3 和F6、D5 和F2、D4 和F1、D6 和F3、D2 和F5,隨時間進行周期無限循環，實現邏輯控制。在邏輯控制器中根據系統的運行狀態，指揮正反晶閘管的通斷，當晶閘管正向導通時，反向（反并聯）晶閘管處于待逆變狀態。在控制方法上，使用轉速、電流雙閉環控制保證調節電機電流滿足快速的速度設定，不會產生過大電流對電機的損壞。這種結構為工程設計與生產實際帶來巨大的經濟效益。

（2） 直流電動機的四象限運行及正反組變流器的狀態要求。在兩組晶閘管變流器反并聯可逆系統中，可利用正、反晶閘管變流器分別工作在整流、逆變的四種狀態，來實現無環流狀態，同時實現運行和回饋制動。具體狀態如下：第一象限正轉電動機運行，n ＞0，Id ＞0；VF（反橋）工作于整流狀態αF ＜90°，Ed＜Udα。第二象限正轉電動機運行，n ＞0，Id ＜0；VR（正橋）工作于逆變狀態βR ＜90°，Ed ＞Udβ。第三象限正轉電動機運行，n ＜0，Id ＜0；VR（正橋）工作于整流狀態αR ＜90°，Ed＜Udα。第四象限正轉電動機運行，n ＜0，Id ＞0；VF（反橋）工作于逆變狀態βF ＜90°，Ed ＞Udβ。

2 飛剪應急相應系統配置

生產實際需求飛剪應急相應準確是很高的，使飛剪任何時刻都具備手動優先、人為參與控制。直軋線1#～3#飛剪所有急停繼電器均放置1#～3#飛剪PLC 控制柜內，分別設有3 個急停繼電器，繼電器正常狀態線圈全部吸合：2#臺控制柜+P2OS11的急停按鈕-SB99 為常閉點與就地操作臺+BM02LCB11 的急停按鈕-SB99 常閉點串聯，控制繼電器ETP-K11 線圈；控制繼電器ETP-K11 的常開點串入PLC 輸入模塊IC693MDL655 的B5 點，實現傳動與自動化的正常通訊信號正常為1（正常狀態均為24V高電平），急停時為0（急停狀態均為0V 低電平）。提出針對性改善：急停按鈕、繼電器原有為單點控制回路，改為雙點控制回路，提升設備控制的穩定性。

3 飛剪合分閘及速度給定控制

（1）飛剪PLC 柜內的傳動合分閘繼電器為1S8-K21，線圈由PLC 模板1S8 的C5 通道控制，控制傳動裝置合閘時K21 繼電器吸合，分閘時K21 繼電器釋放。

（2）飛剪傳動裝置的速度給定來自飛剪PLC 系統APM 軸定位模板的±10V 模擬量電壓信號，線號為APM（A）-VEL+和APM（A）-VELCOM，接線端子為DZ_CS3：21 ～22。飛剪傳動裝置CUVC 板X102：17、18（AI2 通道）端子定義為速度給定通道，信號即來自PLC 軸定位模板，通過傳動參數P443（速度主給定通道）連接K0013（AI2通道）將模擬量電壓信號送入速度給定。

4 飛剪原位標定的方法與標定容錯誤的操作

（1）飛剪原位標定的方法。標定的具體步驟如下：將就地操作臺上選擇“就地”操作，“就地”指示燈亮。按住就地操作臺上的“故障響應”按鈕，在按一下飛剪“投入/原位”按鈕，系統進入原位標定狀態，飛剪“投入/原位”燈閃爍。待系統搜索到剪刃原位接近開關停止后，飛剪“投入/原位”燈繼續閃爍，操作“反點-停-正點”操作開關，進行正反向點動操作，使剪刃垂直閉合。按下飛剪“關斷”按鈕，標定結束。按一下飛剪“投入/原位”按鈕，待系統搜索到剪刃原位接近開關停止后，飛剪“投入/原位”燈常亮，觀察剪刃是否在正常位置，再按一下“單剪切”按鈕，進一步觀察剪刃位置。

（2）標定錯誤的操作。標定容易產生的錯誤：將“投入/原位”按鈕和“故障響應”按鈕同時按下，或者先按“投入/原位”按鈕；在飛剪系統進入原位標定狀態時，系統未能搜索到剪刃原位接近開關停止，就進行“反點-停-正點”操作；剪刃未垂直閉合時，進行下一步操作；再次按一下飛剪“投入/原位”按鈕，未能等到系統搜索到剪刃原位接近開關停止后，飛剪“投入/原位”燈常亮時；或者最后未進行“單剪切”操作，就進行軋鋼。以上的狀況是生產實際存在的錯誤操作，以及操作誤差，每次都會影響生產，造成廢鋼。

5 飛剪常見故障及處理方法

（1）系統最常見的是報21A9 故障，原因時碼盤故障或碼盤線路受到干擾，解決方法：①更換碼盤；②更換對應飛剪傳動柜內的脈沖分路器；③檢查碼盤電纜的屏蔽接地是否牢固可靠；④檢查碼盤線路是否受到損壞或干擾。

（2）剪切長度和剪切速度有突變，解決方法：①檢查飛剪1#熱檢、2#熱檢檢測信號是否可靠；②檢查觸摸屏熱檢診斷記錄中1#熱檢、2#熱檢前沿計數是否一致或者突變；③檢查觸摸屏測長記錄畫面中的測量值是否有突變；④檢查觸摸屏測量系統畫面中的輥徑是否有突變；⑤必要時更換APM 軸定位模塊。

（3）原位標定時飛剪低速旋轉不停，解決方法：①檢查現場原位接近開關信號是否正常；②檢查原位接近開關信號是否能可靠返回到PLC。③改進原位接近開關型號，由原來的Φ16 改為Φ25，同時加固接近開關的固定支撐部位，防止飛剪剪切振動引起部件脫落，造成控制信號失控，引起廢鋼產生。

（4）原位標定時飛剪加速旋轉，解決方法：①檢查脈沖分路器到APM 的脈沖接線是否可靠；②檢查脈沖分路器到APM 的脈沖信號A、B 相是否接反；③更換脈沖分路器。

6 GE飛剪程序軟件基本操作

CIMPLICITY Machine Edition 應用程序恢復方法如下。

（1） 解壓縮飛剪程序包。打開桌面CIMPLICITY Machine Edition 軟件，選擇cancle（取消）后進入畫面，右鍵點擊My computer，選擇Restore 后彈出選擇對話框，如圖1 所示。

圖1 CIMPLICITY Machine Edition 軟件的Projects 欄

選擇文件類型為（*.swxcf），選擇文件chengde_write2_sh.swxcf（二高線飛剪項目文件），點擊打開解壓縮程序包完成。

（2）飛剪控制程序下載。雙擊雙擊左側項目文件chengde_write_sh 之后顯示三個剪子程序，在Target 下拉菜單中選擇set active target 的子菜單中的需要激活的程序，在左面被激活的程序顯示粗體黑色，注意只有被激活的子程序才能進行具體操作。右擊被選中的子程序，選擇屬性（properties），在彈出的畫面中選擇以太網（ethernet）或者串口（直軋線為com 4）通訊方式，如圖2 所示：直軋線選擇以太網通訊時候IP 地址設為：3.0.0.11（1#FJ）；3.0.0.12（2#FJ）；3.0.0.13（3#FJ）。

圖2 選擇以太網、串口通訊方式

需要重新下載程序時在當前激活的子程序下右鍵選擇Download to PLC 后會提示用戶選擇僅下裝軟件或者硬件或是軟硬件同時下裝。

7 飛剪實際故障分析與改進

（1）內部影響因素

①首先查看剪切時的速度與電流（圖3），如下。

圖3 剪切時畫面

從此畫面中可以看出，剪切后飛剪速度斜坡斜坡下降時，電流明顯不正常。

②觀査PDA 曲線（如下圖4），發現在亂鋼前8 跟鋼坯時，剪刃位置出現異常（圖4）。

圖4 剪刃發生位移現象

從上圖可以看出兩個主要影響因素的問題：①原位接近開關，原位接近開關只在投入原位時起作用，其余時間不起參控作用，只起到對實際剪刃位置的監控作用。②編碼器方面分析，首先對編碼器脈沖進行測定，A、B 相均正常，相差90 度電角度，而且傳動裝置未報碼盤故障（F042）。③對脈沖分路器進行波形監測，未出現任何問題。

（2）針對外部原因進行分析。剪刃不能正常碎斷引起的異常：機械設備誤差存在，造成不能正常剪切；軋件彎頭偏離剪刃不能正常碎斷；軋件彎頭不在正常軌跡，撞在剪頭造成剪刃不在初始位置，造成不能正常剪切。

（3） 解決方案與實施。對飛剪機械進行下線檢修，排查齒、軸裝配、磨損間隙，利用先進儀器檢測靜態誤差，消除因誤差存在引起剪刃的偏移，對軋件的阻擋，產生廢鋼，造成生產成本的加大，帶來不必要的經濟損失。

8 結論

通過對飛剪傳動裝置和控制系統有針對性的結構改進，嚴格對飛剪的基礎設計與維護過程管控，使得飛剪故障率明顯減低，提高了設備使用壽命、控制精度，從而降了低事故停機時間，穩定了生產，提升了直軋產品質量。對飛剪的創新性改進探索，取得了良好的使用效果，徹底解決因設計缺陷和外在原因引起飛剪的剪切精度，確保飛剪各項功能使用。同時也為飛剪國產化及推廣使用提供了理論和實踐依據，達到了公關目標。