1.簡介
我廠安裝的是一套高速線材生產(chǎn)線，在粗中軋機之間配有一臺飛剪。其工作是否正常，將對生產(chǎn)產(chǎn)生很大的影響。主要功能就是根據(jù)工藝的要求，對行進中的軋件進行切頭和切尾，并在事故狀況下對軋件進行碎斷剪切。該飛剪是離合器制動器式，有4片(兩對)剪刃，剪刃中心距630mm,寬度180mm。機械裝置傳動比為7.6:l，由獨立的潤滑泵供油，最大剪切截面2450mm2,剪切軋件最低溫度900℃，剪刃線速度0.8—4.8m／s,軋件速度0.7—4.2m／s，切頭尾長度200mm，碎斷長度989mm。由一臺60kW直流電機驅(qū)動，電機最高轉(zhuǎn)速1400rpm。其動作過程為：當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出剪切命令時，制動器打開，離合器吸合，剪刃離開零位，開始運動，剪切軋件，當(dāng)剪刃到達停止位時，離合器釋放，制動器動作。最后剪刃停止在零位，為下一次剪切作準(zhǔn)備。
2.飛剪控制系統(tǒng)的構(gòu)成
飛剪控制系統(tǒng)原理如圖1所示。
其剪切動作由一臺SIEMENS S5-135UPLC控制，上位機與PLC S5—135U之間采用SINEC H1工業(yè)以太網(wǎng)連接，主要完成功能：切頭，切尾和碎斷。
PLC硬件配置：CPU 928B板、高速計數(shù)板IP242A，以及一定數(shù)量的數(shù)字量輸入／輸出模板，模擬量輸入／輸出板和SINEC HI通訊卡CPl43。
其中高速計數(shù)板在剪刃位置的控制中起到了關(guān)鍵作用。該計數(shù)板為一智能模板，可不依賴CPU928B而獨立運行，它共有7個計數(shù)通道。在系統(tǒng)啟動時，通過CPU軟件，可根據(jù)需要分別設(shè)置成不同的計數(shù)方式。另外，在其內(nèi)部還提供了1MHz的計數(shù)脈沖，可用于測量每個程序周期的循環(huán)時間，進行軋件的跟蹤計算。
在剪刃軸上，裝有一編碼器，用于檢測剪刃的實際位置。
機旁操作箱上裝有一些測試按鈕和信號指示燈，如剪切測試按鈕、定位按鈕、EMG按鈕及信號燈。
通過上位機PT75(準(zhǔn)備終端)對剪切參數(shù)進行設(shè)定，包括切頭使能、切頭長度、切尾使能、切尾長度、軋件速度修正使能及預(yù)設(shè)定修正系數(shù)。這些數(shù)據(jù)通過SINEC H1網(wǎng)送到PLC中。另外，有關(guān)的剪切狀態(tài)數(shù)據(jù)送回顯示，如剪切后剪刃的實際停止位和剪切速度。在操作終端OT75相關(guān)的顯示畫面上，可通過顏色的變化來反映飛剪的工作狀態(tài)是否正常，包括編碼器的脈沖計數(shù)狀態(tài)等。還可以點擊相應(yīng)的圖標(biāo)，發(fā)出試剪切命令。
3 飛剪控制原理
根據(jù)軋件的速度、設(shè)定的剪切長度以及飛剪的動作特性數(shù)據(jù)，控制飛剪的起停。本飛剪為雙剪刃，每次剪切，剪刃轉(zhuǎn)過180度。飛剪驅(qū)動電機的速度基準(zhǔn)由速度控制系統(tǒng)給出，并隨軋線一起級聯(lián)變化。
3．1 軋件的跟蹤
經(jīng)過飛剪的軋件速度是由軋線速度控制系統(tǒng)根據(jù)CV50飛剪上游機架電機光電碼盤檢測到的轉(zhuǎn)速信號，結(jié)合該機架的減速箱傳動比及軋輥的工作輥徑計算得出，經(jīng)轉(zhuǎn)換通過16位開關(guān)量輸出、一路頻率與速度相關(guān)的脈沖信號以及一路0-10V的模擬量信號送往CV50剪切控制PLC系統(tǒng)。在那里可根據(jù)需要決定選擇使用那個速度基準(zhǔn)。這樣給系統(tǒng)的組織帶來了一定的靈活性，且在某一路信號故障時，可由PLC內(nèi)部程序判斷并自動切換使用另一路信號。通過高速計數(shù)器，對其內(nèi)部提供的1MHz頻率的脈沖進行計數(shù)，并實時讀取計數(shù)值，可獲得控制程序在每個周期的循環(huán)時間，結(jié)合修正后的軋件速度，就能得到每個程序循環(huán)周期內(nèi)軋件在飛剪區(qū)域的行程。根據(jù)飛剪前的熱金屬檢測器HMD的檢測信號，就可以對軋件的頭尾進行實時跟蹤。
3．2 軋件的剪切控制
通過對軋件進行精確跟蹤，根據(jù)軋線上安裝的HMD信號及剪切長度設(shè)定值，啟動飛剪剪切（見圖2）
1)當(dāng)飛剪前的熱金屬檢測器測量到軋件頭部信號時，記下此刻的軋件跟蹤計數(shù)器計數(shù)值，以后將該值與軋件計數(shù)器值相比較，就能得到軋件頭部到HMD的距離S，當(dāng)S=L－A+H時，開始啟動切頭動作，制動器離合器線圈得電。其中：L為HMD到剪刃交叉點的距離。A為切頭時，剪刃從啟動點到交叉點時，軋件所走過的距離(即剪切提前量)。H為設(shè)定的切頭長度。
2)當(dāng)HMD檢測到軋件尾部信號時，對軋件尾部離開HMD的距離進行跟蹤計數(shù)(方法同切頭)。當(dāng)計數(shù)值S=L－A－T 時，開始啟動切尾動作。其中：T為設(shè)定的切尾長度。A為切尾提前量。
剪切命令發(fā)出后，通過一輸出驅(qū)動裝置，將動作命令分成兩部分，首先使制動器電磁閥的線圈得電，斷開制動器，經(jīng)驅(qū)動裝置上設(shè)定的延時后，離合器電磁閥線圈得電，電機驅(qū)動剪刃運動，在剪刃交叉位剪切軋件。當(dāng)剪刃到達制動起始位時，剪切控制輸出關(guān)閉，經(jīng)驅(qū)動裝置，離合器先失電，經(jīng)延時，制動器失電，制動投入，最后剪刃停在零位，等待下次剪切。
為提高剪切精度，需對每次剪切的提前量A進行實測，即計算在剪切命令發(fā)出后，從剪刃零位到剪刃交叉期間，軋件走過的距離。為防止偶然的計數(shù)誤差帶來的影響，可將最近若干次的測量值取平均；同時還要考慮程序運行周期對剪刃交叉點檢測造成的誤差，并進行補償。
在切頭、切尾時，還需考慮剪刃在停止位的零位偏差。由于每次剪刃的停止后并不一定正好在零位上。這樣，在進行頭尾剪切計算時，要對相應(yīng)的剪切提前量A進行修正，以便獲得準(zhǔn)確的剪切長度。
由于不同軋制速度下，機械裝置的慣性不同，停止過程所需的制動距離也就不一樣，速度越快，所需的制動角度也就越大。為使剪切后，剪刃能準(zhǔn)確停在零位，在切頭、切尾時需對制動角度進行測量，即根據(jù)剪刃軸上編碼器的脈沖計數(shù)值，得到從離合器制動器電磁閥線圈斷電到剪刃完全停止時剪刃轉(zhuǎn)過的角度，取最近若干次切頭、切尾制動中測量的平均值，作為下一次切頭、切尾時的制動角。
4 控制功能說明
尋找零位：初始程序啟動，零位找尋工作必不可少，由于編碼器安裝時，其零位脈沖的不確定性，在系統(tǒng)啟動后，須確定該編碼器的計數(shù)零點時剪刃位置與機械零點間的相對偏差，否則無法根據(jù)編碼器的計數(shù)值來獲得剪刃的物理位置，也就無法對飛剪進行控制。具體過程為：系統(tǒng)啟動后，在機旁操作箱上按下點動開關(guān)，使飛剪以點動速度緩慢地旋轉(zhuǎn)兩圈以上，然后按下箱內(nèi)的一個按鈕，并至少保持5秒以上(目的是防止意外誤操作)，然后松開按鈕即可。轉(zhuǎn)動兩圈主要是檢測計數(shù)板及編碼器工作是否正常。
由于從軋線速度控制系統(tǒng)送來的軋件速度信號，僅是系統(tǒng)根據(jù)CV50前一機架電機速度反饋值，結(jié)合機械的減速比和軋輥的輥徑計算得出，而隨著生產(chǎn)的進行，軋輥在
不斷磨損，工作輥徑的尺寸也在發(fā)生變化，計算速度難免與實際軋件速度間存在偏差。為提高剪切精度，有必要對軋件的實際速度進行實測，以便對用于跟蹤的軋件速度進行修正。測量方法如下：測量軋件頭部從飛剪前HMD到飛剪后HMD(若切頭功能投入，則為從剪刃交叉點到飛剪后HMD)的理論計數(shù)距離，將它與實際距離相比較，即可得到一速度修正系數(shù)。且該測量在每根軋件的頭部進行，并對這一系數(shù)進行自適應(yīng)修正：
(N*K+Ki)／(N+1)－－->K
其中N為測量次數(shù)(設(shè)有最大限值)，Ki為本次測量值。該功能可在上位機上根據(jù)需要選擇投用。
值得一提的是它的狀態(tài)和故障診斷功能，通過CPU的編程接口，配合外部安裝在編程器或PC機上的專用診斷軟件，可以觀察到程序內(nèi)部與剪切有關(guān)的重要狀態(tài)信號的變化時序，可根據(jù)需要編制監(jiān)測狀態(tài)的清單(可以是輸入輸出信號，標(biāo)志位或計時器的狀態(tài))，發(fā)送到CPU，程序在每個循環(huán)的最后，檢測這些信號的狀態(tài)有無發(fā)生變化，如有變化，則把其變化后的狀態(tài)及本周期的時間計數(shù)器值依次存入緩沖狀態(tài)數(shù)據(jù)塊，由CPU送往PC機，在屏幕上顯示出來，并存入預(yù)先設(shè)置的文件中。這一功能對故障的排查很有幫助，特別是那些偶發(fā)性的故障。它可以連續(xù)監(jiān)測，在故障發(fā)生后，通過打開存儲狀態(tài)變化的文本文件，根據(jù)故障發(fā)生的時間，檢查該時間區(qū)段內(nèi)各檢測信號的狀態(tài)有無異常，以確定故障原因。
5 程序結(jié)構(gòu)
啟動塊：創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊，并將數(shù)據(jù)拷貝至工作DB-RAM中；計數(shù)卡進行初始設(shè)置、啟動計數(shù)器：SINECH1網(wǎng)絡(luò)的初始化；重計算有關(guān)的剪切參數(shù)，并拷貝到工作DB-RAM中。
主循環(huán)程序：檢測電源及相關(guān)信號是否正常；對HMD信號及編碼器脈沖計數(shù)器進行采集處理，測量剪刃位置。實測軋件速度，并對軋線速度控制系統(tǒng)送來的軋件速度信號進行修正。產(chǎn)生剪切命令和事故碎斷命令，控制導(dǎo)槽底板和出口擋板的動作。管理信號及數(shù)據(jù)的輸入輸出。與上位機、其他PLC之間的通訊處理；剪切循環(huán)的狀態(tài)診斷。
6 使用中出現(xiàn)的問題
在實際運行中，切尾曾出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，即尾部的剪切長度失控，甚至剪不到軋件尾部。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是由于熱金屬檢測器HMD到飛剪的距離太小，該距離與飛剪的剪切提前量基本接近，這樣即使設(shè)定的切尾長度很長，也可能剪不到尾或剪的很短。開始，我們通過提高飛剪電機速度基準(zhǔn)來解決，但這樣一來，雖然能剪到尾部，卻引出另一問題：由于剪切速度與軋件速度不同步，使切頭時剪切速度超前，產(chǎn)生額外的剪切負荷，而在切尾時，常把尾部頂彎，對設(shè)備造成潛在的危害。后經(jīng)過修改程序，將啟動軋件尾部跟蹤的熱檢由飛剪前HMD0改為前一機架前的HMDl，且將軋件從HMD0到該機架段的行程折算到以CV50前軋件速度行進時軋件走過的距離(即用CV50前兩個機架出口速度的比值乘以HMD0到該機架的距離)，并把它加到距離L中。修改后，切尾控制正常。
離合器制動器式飛剪一般適合于剪切斷面較大、剪切速度不高的場合，其剪切定位精度由于受控制氣源、電磁閥、離合器制動器摩擦片的影響較大。當(dāng)軋件速度發(fā)生較大變化時，會對剪切長度產(chǎn)生一定影響，一般要通過幾次試剪來解決。
7 結(jié)束語
用PLC組成的飛剪控制系統(tǒng)，使用器件少，工作穩(wěn)定，故障率低，維護方便，在實際生產(chǎn)
