棒材线冷剪区域定尺剪切控制系统优化

 孙英姿

 （山钢股份莱芜分公司自动化部，山东  莱芜  271104）

摘要：棒材厂中小型轧线冷剪区域定尺剪切控制系统由于设备老化等诸多原因，难以满足现场生产需求，介绍了棒材线冷剪区域定尺剪切控制系统的硬件配置、控制原理以及控制系统的优化过程。

关键词：冷剪区域；定尺剪切；控制系统  中图分类号：TP273：TG333. 2+1

0  引言

 棒材厂中小型线已运行十几年，主要生产圆钢、型钢、超精细粒钢等产品。由于设备老化等原因，造成冷剪定尺的剪切精度下降，成品材长度不一等问题，急需进行优化改造。本文将对棒材线冷剪区域定尺剪切控制系统配置、控制原理以及定尺剪切控制系统的优化过程进行介绍。

1冷剪区域定尺剪切系统配置

1.1  系统硬件配置

 棒材厂中小型轧线冷剪区域定尺剪切线基础自动化使用瑞典ABB公司的控制系统，该控制系统是一个开放型集散控制系统，由一套过程控制站ABB AC450系统、一台工程师站和一台操作站CP3组成，过程控制站和工程师站、操作站之间的通讯采用工业以太网MB300通讯协议来完成。现场检测元件采用编码器和冷金属探测器CMD，其他设备（电机等）使用ABBAC80系列，冷剪区域定尺剪切系统硬件配置如图1所示。

1.2  系统软件配置

 棒材厂中小型轧线冷剪区域定尺剪切监控系统采用ABB PPA系统。PPA监控系统是应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据，采用客户／服务器( C/S)分布式架构，各控制系统之间的数据访问通过过程控制对象链接与嵌入式(OPC)技术标准实现。通过这种开放的和互操作的接口标准促使自动化控制、现场系统和设备以及办公室管理应用之间具有更强大的互操作能力，为企业生产管理提供有力技术支持。

2冷剪区域定尺剪切控制设备及动作过程

 冷剪区域定尺剪切线主要由冷剪输入辊道CRT、磁性链板MSRT、定尺剪CS、冷剪输出辊道CSRT和光电管CMD等设备构成，每段辊道所使用的传动设备相互独立，实现剪切控制功能的主要设备是定尺剪。定尺剪主要由一对剪刃和摆动架构成，上、下剪刃安装在摆动架上，上剪刃由两台直流电机通过齿轮减速机驱动，下剪刃是固定的，摆动架也由一台直流电机驱动，剪刃和摆动架分别由一个增量型编码器来检测位置，控制定尺剪自动运行的检测元件为光电管(CMD)。冷剪区域定尺剪切线工艺设备布置如图2所示。其中，CMD1～CMD3到冷剪剪刃的距离依次为Ld1、Ld2、Ld3。

3控制系统优化过程

 针对冷剪区域定尺剪切精度下降、定尺成品材长度偏差大等问题，进行优化时一方面增加设定速度校正功能，通过校正系数的计算保障定尺长度计算中的速度尽可能准确，使得定尺材长度更为精准；另一方面，新增定尺预修正功能和关键信号冗余功能，有效地减小实际定尺成品材长度与剪切设定值之间的误差，降低了定尺剪切系统对光电管CMD2信号的依赖，增强了控制系统的健壮性。优化完成后的定尺剪切控制流程如图3所示。

3.1  设定速度校正

 定尺剪剪切动作之前，冷剪输入辊道传输的倍尺材设定速度与实际速度之间存在一定偏差，造成长度计算不准确。根据现场实际情况，使用计算校正系数K对倍尺材的设定速度进行校正，能有效降低设定速度与实际速度的偏差，提高定尺剪切精度。

 冷剪区域定尺剪切控制启动之前，由操作人员在相应画面上设定定尺剪切长度L设以及对定尺剪切头功能进行选择。棒材厂中小型轧线冷剪区域定尺剪切长度设定范围为：6m≤L设<10 m。当选择定尺剪切头功能时，CMD2检测到头部后，开始计算校正系数K，CMD3检测到头部后，读取积算长度L积，则K=L积／(Ld2+Ld3)。当不选择定尺剪切头功能时，CMD3检测到头部直接读取积算长度，则K =L积／Ld3。计算出K之后，对K进行必要的限制处理，若K≥1. 05或K≤0.95，则K取相应限制值并报警。由此往复循环，根据现场情况使用相应的公式进行计算。此举有效地减小了倍尺材设定速度与实际速度的偏差，使得定尺材长度更为精准。修正计算后的轧件速度为：

其中：v SV为轧件设定速度。

3.2  定尺预修正

 在原系统的基础上新增剪切线设定画面，操作人员可以现场根据实际需求为每一段定尺单独设置修正参数，有效地减小了实际定尺成品材长度与剪切设定值之间的误差。新增剪切线设定画面如图4所示，操作人员可以根据现场实际需求在此画面上对18段定尺进行自由参数设定。

3.3  关键信号冗余

 冷剪区域定尺剪前的光电管CMD2的主要功能是用来启动定尺剪剪切动作，因此光电管CMD2信号的稳定性具有非常重要的作用。但由于定尺剪工作时产生的震动以及大量粉尘，极易造成光电管CMD2信号不稳定，因此在定尺剪切控制程序中加入定尺剪切头信号，与光电管CMD2信号冗余，有效地降低了定尺剪切系统对光电管CMD2信号的依赖，增加了控制系统的健壮性。

4结束语

 对棒材线冷剪区域定尺剪切控制系统进行优化时，各控制部分采用了不同的策略，实施了多种改进方式，优化后实际使用效果良好，有效地提高了定尺剪切精度，降低了操作人员的劳动强度，获得了可观的经济效益和社会效益。