四剪刃圓盤剪控制系統(tǒng)及剪刃調(diào)整角度計(jì)算推導(dǎo)研究

摘要：介紹了四剪刃圓盤剪的工藝布置、控制系統(tǒng)配置及控制系統(tǒng)流程，對控制系統(tǒng)內(nèi)剪刃調(diào)整角度參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算公式推導(dǎo)，對同類圓盤剪的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有良好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：四剪刃圓盤剪;定位控制;邏輯控制

1 設(shè)備簡介

四剪刃圓盤剪在軋鋼工藝中起到切頭、切尾及碎斷的作用。整個圓盤剪設(shè)備組由4個設(shè)備組成，即入口處設(shè)置的前置導(dǎo)槽、四剪刃圓盤剪，出口處設(shè)置的后置導(dǎo)槽及廢料箱。其中，前置導(dǎo)槽由伺服電機(jī)驅(qū)動，用于引導(dǎo)物料向不同的方向運(yùn)行;四剪刃圓盤剪由一臺大電機(jī)驅(qū)動，用于將物料切斷;后置導(dǎo)槽用于正常生產(chǎn)物流的引導(dǎo);廢料箱用于存儲剪切后的廢料。

前置導(dǎo)槽與伺服電機(jī)進(jìn)行互聯(lián)，連接件稱為“轉(zhuǎn)轍器”，轉(zhuǎn)轍器在伺服電機(jī)驅(qū)動下，使前置導(dǎo)槽水平移動。通過前導(dǎo)槽的運(yùn)行使物料在飛剪剪刃處改變方向，其中一個方向通過后置導(dǎo)槽進(jìn)入生產(chǎn)物流的方向稱為“生產(chǎn)方向”，另一個方向?yàn)榍辛稀⑺閿嘀翉U料箱的物流方向稱為“碎斷方向”。四剪刃圓盤剪設(shè)備為上下圓盤造型，每個圓盤邊沿設(shè)置四把剪刃，各剪刃間距90°。

2 控制流程

2.1? ? 控制系統(tǒng)工藝布置

本控制系統(tǒng)需在設(shè)備組之前安裝3個熱金屬檢測器，即HMD0、HMD1、HMD2。HMD0設(shè)置在軋機(jī)的出口;HMD1設(shè)置在距飛剪前一定的距離處;HMD2設(shè)置在前導(dǎo)槽上。HMD0與HMD1之間的距離盡量長，測速的數(shù)據(jù)會更準(zhǔn)確一些;HMD1距離剪刃閉合位需留有足夠距離，滿足圓盤剪刃角度的調(diào)整需求;HMD2設(shè)置在前導(dǎo)槽開口處。控制系統(tǒng)工藝布置如圖1所示。

2.2? ? 控制系統(tǒng)配置

控制系統(tǒng)的配置分為變頻器、伺服器、PLC、現(xiàn)場檢測四部分，其相互關(guān)系如圖2所示（方框內(nèi)為硬件設(shè)備，圓弧框內(nèi)為功能描述）。其中，變頻器用于調(diào)節(jié)圓盤剪速度，調(diào)節(jié)剪刃的角度;伺服器用于驅(qū)動伺服電機(jī)，帶動前導(dǎo)槽，將物料引至在碎斷位或過鋼位;PLC用于控制所有的邏輯運(yùn)算及下達(dá)制定控制指令;現(xiàn)場檢測用于現(xiàn)場編碼器、熱檢等信號的檢測。

2.3? ? 控制系統(tǒng)流程簡介

控制過程描述：HMD0檢測物料，配合HMD1測量物料的速度;HMD1檢測物料后，根據(jù)測量的物料速度，預(yù)測剪刃剪切時的角度差，并發(fā)出調(diào)整剪刃的速度指令;當(dāng)HMD2檢測物料后，代表物料剪切區(qū)域，HMD2通常作為飛剪剪切的保證信號。

控制系統(tǒng)配合相應(yīng)的檢測器進(jìn)行邏輯控制，并發(fā)出信號觸發(fā)伺服器運(yùn)行。當(dāng)物料進(jìn)入剪切區(qū)域后，判斷剪刃閉合，伺服器按照物料速度進(jìn)行加速、勻速或減速，平移定位，將物料指引到正確的物流方向。定位控制是利用變頻器伺服功能完成的。

控制系統(tǒng)流程如圖3所示。

3 數(shù)據(jù)計(jì)算推導(dǎo)

3.1? ? 剪刃角度判斷

在圓盤剪刃后方安裝的編碼器，將編碼器信號接入PLC的高速計(jì)數(shù)器模塊，通過計(jì)數(shù)碼值就能夠判斷剪刃的實(shí)際位置。將一對剪刃閉合，進(jìn)行0°～360°的位置標(biāo)定，標(biāo)稱為0～1。4個剪刃位置分別為1#剪刃0°（標(biāo)0）;2#剪刃90°（標(biāo)0.25）;3#剪刃180°（標(biāo)0.5）;4#剪刃270°（標(biāo)0.75）。

3.2? ? 計(jì)算公式推導(dǎo)

計(jì)算公式推導(dǎo)的目的是為了計(jì)算圓盤剪在切頭及切尾動作前完成調(diào)整角度所需要的加速時間。本文計(jì)算公式以切頭功能為例進(jìn)行推導(dǎo)。

式中，r為圓盤剪半徑;Ah1為HMD1至剪切位剪刃旋轉(zhuǎn)角度;Ah2為HMD1檢測來鋼時的剪刃角度;Ah3為HMD1至剪切位總剪刃角度;Ah4為Ah3角度的小數(shù)部分;|Ah3|為對Ah3進(jìn)行絕對值處理。

通過以上步驟已經(jīng)算出物料到達(dá)剪切位時剪刃的角度，再計(jì)算出需要調(diào)整的角度，使得物料到達(dá)剪切長度位時，剪刃可以準(zhǔn)確閉合。角度判斷的數(shù)據(jù)處理如下：

公式推導(dǎo)結(jié)論：通過數(shù)據(jù)推導(dǎo)，得出切頭剪刃增速時間Th。利用PLC將0.1倍的當(dāng)前電機(jī)速度發(fā)送給傳動系統(tǒng)，保持時間為Th。剪刃在增速過程中，增加了實(shí)際剪刃角度，增加量為Ah6，用以保證剪刃滿足切頭長度時能進(jìn)行閉合，確保剪切長度的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

四剪刃圓盤剪設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但控制方法較為復(fù)雜。本文介紹了四剪刃圓盤剪的工藝布置、控制系統(tǒng)配置以及控制流程，同時對角度調(diào)整參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算公式推導(dǎo)，該圓盤剪控制原理也適用于其他類型的圓盤剪，對于建立類似控制系統(tǒng)有一定的借鑒作用。

收稿日期：2020-03-05

作者簡介：夏云鵬（1980—），男，山東青島人，高級工程師，研究方向：特殊設(shè)備的傳動控制系統(tǒng)組成及控制方法實(shí)現(xiàn)。