基于西門子PCS7系統的冷軋線飛剪自動控制研究

馬玉賓

（河鋼集團邯鋼冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

冷軋機組中的飛剪又稱為滾筒剪，是位于酸洗冷軋線軋機出口夾送輥之后的帶鋼剪切裝置，其主要作用是按照一定的長度要求對成品帶鋼進行剪切，以便于帶鋼分卷。飛剪與后續的卷曲等工序密切相關，影響到帶鋼產品的長度規格，因此對于飛剪的控制精度要求較高，以保證統一的帶鋼長度尺寸。邯鋼冷軋機組出口飛剪自動控制采用西門子PCS7系統，該系統為工業生產過程控制提供了完全無縫集成的自動化解決方案，與6SE70變頻器系統共同對飛剪剪切過程的自動化控制，有效保證了剪切的精度。本文介紹了邯鋼冷軋線出口飛剪自動控制系統的運行原理，對西門子PCS7系統的相關應用進行了探討。

1 飛剪的工作過程和控制過程

1.1 飛剪的工作過程

飛剪的執行機構主要由飛剪電機、抱閘、齒輪箱、飛剪滾筒、剪縫調節電機等幾部分組成。飛剪運行時，由飛剪電機提供動力帶動兩個飛剪滾筒轉動，以完成剪切過程。此外，設備上還裝有兩個編碼器分別用來測量剪切角度、剪縫距離等參數。剪縫調節電機則會根據剪切角度、剪縫等參數的設定值對其進行調節，以確保剪切面的垂直平整和剪切尺寸的統一。此外，飛剪還設有接近開關用來檢測剪子的基本位置。飛剪設備設有自動剪切和手動干涉兩種控制方式，可根據生產的實際需要進行選擇。

1.2 飛剪的控制過程

LCO負責全線的協調控制，飛剪在得到LCO發出的N秒內剪切的控制指令后，PLC首先會根據測量機構提供的剪縫實際值與設定值進行比較，通過剪縫調節電機逐步調整剪縫達到設定值。當所有剪切參數條件滿足后，飛剪控制變頻器和電機便會在PLC提供的帶鋼剪縫設定值下，帶動飛剪滾筒轉動進行剪切操作。剪切時，滾筒由0°角基本位旋轉到-35°剪切位，滾筒在得到剪切指令后開始旋轉，帶動飛剪加速并與帶鋼表面接觸以完成剪切。剪切完成后，飛剪迅速停止運動，并在接近開關控制下回到基本位等待下一卷剪切指令。

2 飛剪的控制系統結構

飛剪的控制程序采用了西門子最為先進的PCS7系統，該系統是完全無縫集成的自動化解決方案，可用于所有的工業自動化控制領域。具有大容量架構、在線修改、用戶HMI組件等功能優勢，可快速、準確地完成控制功能。控制程序以FB2D2V基本驅動模塊作為控制平臺，結合二級數據接收、矢量控制等功能模塊共同完成剪切操作。飛剪傳動系統采用多功能集成的模塊式電壓源型6SE70變頻器，逆變器電子箱中包括CUVU系統電子板、CBP通信板以及T400工藝板，各模板間通過雙口RAM進行數據傳輸。CUVU電子板的功能主要包括對轉矩控制、速度控制、頻率控制等動態化參數的矢量控制，通過對這些參數的控制進而實現對直接轉矩的控制。T400工藝板實現的功能包括對飛剪轉速、轉矩、設定值路徑的計算；帶鋼長度閉環控制；剪切操作模式的選擇；剪切速度的修正以及斷帶監視和啟停控制。飛剪的閉環控制系統分為閉環控制系統和設定值發生器兩個部分。其中閉環控制由轉矩和轉速控制、角度位置串列組成；板長剪切按照T400板設定程序參數，根據板帶剪切設定值與飛剪旋轉周長的對應關系，對板帶運行速度進行調整。

3 飛剪的自動控制應用

飛剪自動控制程序采用西門子PCS7系統，其中飛剪由采用Simatic TDC系統控制。Simatic S7以基本控制模塊FB2D2V作為控制平臺，用于自動順序低速控制、二進制連鎖和飛剪剪縫調節。

3.1 飛剪剪切控制

剪切的關鍵是要保證位置的準確，既要使帶鋼被切斷，又要避免飛剪剪縫的重疊。首先，飛剪從零度角基本位置順時針旋轉到-35°剪切起始位置，每次剪切均從該位置開始。然后逆時針加速旋轉到剪切位置，此時飛剪達到剪切速度開始剪切帶鋼；然后逆時針旋轉至離開板帶的位置，完成對板帶的剪切。

此時飛剪開始減速直到完全停止，然后按順時針再次回到零度角基本位，由此完成一個完整的剪切流程。在剪切過程中，要求帶鋼速度保持在150m/min～300m/min的恒定范圍內；緊急剪切時，最小剪切速度不得小于60m/min，以避免出現卷徑進一步加大的情況。剪切位置受帶鋼焊縫的影響，總是將剪切位置設定在臨近焊縫的窄帶鋼一側，而這也有利于降低剪切作業量。

3.2 飛剪剪縫的調節

飛剪剪縫的調節的精度與剪切效果密切相關，如果誤差較大不僅影響剪切質量，甚至會損壞飛剪。剪縫的設定值由PLC根據帶鋼厚度決定，由編碼器進行檢測和調節。受帶鋼焊縫前后厚度變化的影響，控制系統很難在較短時間內進行剪縫調整，此時調整將根據較薄帶鋼來執行。

剪縫的調節只能由大向小，由電機驅動完成調節過程。比如實際剪縫是0.07mm，如果需要得到0.16mm的剪縫，需要先將剪縫調整到比0.16mm略大一點的值，然后再向0.16mm靠攏。剪縫調節過程中還要注意電機速度變化對調整精度的影響。飛剪剪子直接與堅硬的帶鋼表面進行剪切作業，屬于易于磨損的機械部件，大量的剪切作業后會不可避免地出現磨損。因此需要根據剪切量和飛剪磨損情況不定期地更換剪子，更換后需要依靠剪縫測量系統重新調節飛剪位置和剪縫，使其與輥縫平行。

4 結語

生產實踐證明，基于西門子PCS7系統的冷軋線飛剪自動控制系統具有良好的控制精度，完全滿足了板帶剪切的尺寸精度要求，體現出顯著的技術優勢和廣闊的應用前景。