基于SIEMENS產(chǎn)品的雙邊剪控制系統

1 引言
為了改善中厚板廠(chǎng)精整線(xiàn)鋼板的剪切質(zhì)量，提高剪切效率和成材率，濟鋼集團總公司于2001年投資興建了三軸傳動(dòng)滾切式雙邊剪控制系統。
雙邊剪(簡(jiǎn)稱(chēng)DSS)屬于大型精密機械，其聯(lián)鎖多、控制精度高、節奏快。整個(gè)系統從控制角度可分為主剪系統、夾送輥和輥道控制系統、橫移系統、間隙調整系統、激光劃線(xiàn)系統、鋼板對正系統等幾個(gè)子系統。
該系統基礎自動(dòng)化部分采用SIEMENS公司的S7-400 PLC和6RA70系列全數字直流調速裝置來(lái)控制，利用STEP7編程、Wincc畫(huà)面監控?？偪刂泣c(diǎn)數約3000點(diǎn)。
2 工藝概述
軋制好的鋼板經(jīng)橫剪后，送至剪前輥道，通過(guò)激光劃線(xiàn)裝置對鋼板切邊的位置進(jìn)行光學(xué)定位，人工操縱鋼板對正裝置將鋼板對正，然后，由夾送輥將鋼板夾緊并自動(dòng)按設定步長(cháng)送板并進(jìn)行剪切；與此同時(shí)，碎邊剪也開(kāi)始動(dòng)作將板邊切斷后，由碎邊運輸機把板邊運走；鋼板在剪切過(guò)程中由八只夾送輥防止鋼板的跑偏，自動(dòng)完成鋼板的連續剪切，剪切完的鋼板由剪后輥道送入下一個(gè)工作區，而雙邊剪開(kāi)始剪切下一鋼板。
3 硬件配置
系統硬件配置如圖1所示；

整個(gè)控制系統主要有兩套S7-400組成：工藝PLC與傳動(dòng)PLC。
工藝PLC在主控室設有2個(gè)擴展機架，在操作室配備4個(gè)ET200M站；傳動(dòng)PLC則在主控室設置12個(gè)ET200M站，以對每套6RA70裝置進(jìn)行準確控制。每個(gè)ET200M通過(guò)Profibus-DP與各自的CPU交換數據，來(lái)實(shí)現對現場(chǎng)數據的采集，以及對現場(chǎng)設備的控制。而兩套PLC之間利用CP443-5通訊模塊，采用FDL協(xié)議進(jìn)行通訊，以實(shí)現數據的傳遞與共享。
S7-400上面設有Ethernet網(wǎng)來(lái)實(shí)現生產(chǎn)系統的調度、管理和維護。
4 系統軟件控制
整個(gè)主控程序采用模塊化設計。對于每一個(gè)子系統，有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的功能塊與之對應；一旦系統發(fā)出請求，程序調度中心馬上調用該功能塊進(jìn)行應答處理。處理完畢后再發(fā)送相應的反饋信息至主控程序。而且單個(gè)系統的升級及維護并不影響主控程序的運行。軟件結構見(jiàn)圖2。

5 雙邊剪APC控制
雙邊剪APC由主剪APC和步長(cháng)APC組成?？刂圃韴D如圖3。

5.1 主剪APC
主剪系統的主要功能為自動(dòng)剪切鋼板。
主剪系統由固定剪和移動(dòng)剪組成，有四臺300KW的直流電動(dòng)機提供動(dòng)力，其中固定側和移動(dòng)側各兩臺，每一側的電機采用電樞串聯(lián)，串聯(lián)后由一臺6RA70裝置供電控制。固定側和移動(dòng)側之間采用機械硬軸連接來(lái)實(shí)現速度的同步。主剪的滾動(dòng)剪切主要是通過(guò)編碼器對偏心軸進(jìn)行相位控制來(lái)完成。偏心軸轉動(dòng)0～360℃，主剪相應地也滾動(dòng)一圈。
主剪控制分為自動(dòng)、半自動(dòng)與手動(dòng)模式。
5.1.1 在自動(dòng)模式下，由安裝于入口端移動(dòng)側上夾送輥的編碼器完成對鋼板的自動(dòng)測厚，然后根據板厚，主剪自動(dòng)選擇剪切速度進(jìn)行剪切。
當鋼板第一個(gè)設定步長(cháng)送到位后，主剪從零位啟動(dòng)，開(kāi)始不停地滾動(dòng)剪切。當光電檢測開(kāi)關(guān)檢測到最后一個(gè)步長(cháng)后，主剪剪切最后一刀。當偏心軸角度到達249℃時(shí)，主剪調用APC，減速回到零位，至此，整個(gè)自動(dòng)剪切過(guò)程完畢。
5.1.2 在半自動(dòng)模式下，人工選擇剪切速度，其它與自動(dòng)模式一樣。
5.1.3 手動(dòng)模式只有在檢修和系統故障時(shí)才使用。
主剪動(dòng)作時(shí)與其它裝置有以下聯(lián)鎖：
(a)液壓和潤滑系統正常
(b)碎邊運輸鏈工作
(c)出口側上夾送輥在上位
(d)機架橫移夾緊
(e)換刀臺在原位
(f)碎邊支架抬起
(g)主碎刀間隙調整結束
上述條件滿(mǎn)足后，自動(dòng)剪切啟動(dòng)有效。
5.2 步長(cháng)APC控制
步長(cháng)由夾送輥和輥道系統控制。
夾送輥采用八臺45KW的進(jìn)口直流電動(dòng)機驅動(dòng)；入口端和出口端兩個(gè)下夾送輥之間分別采用機械硬軸連接，各有兩臺直流電動(dòng)機驅動(dòng)，而相應的上夾送輥各自?xún)膳_單獨驅動(dòng)，在運送鋼板時(shí)由鋼板作為媒介同步。
為了正確協(xié)調好各個(gè)夾送輥之間的速度與力矩關(guān)系，此系統的傳動(dòng)裝置設置了“主從”方式以進(jìn)行控制。
5.2.1 當鋼板未進(jìn)入DSS時(shí)，系統設置為“一主一從”方式。移動(dòng)側下夾送輥的速度值作為主令速度值，固定側下夾送輥作為從動(dòng)速度跟隨。
5.2.2 當鋼板由DSS入口端咬入時(shí)，入口端設置切換為“一主三從”方式。入口端移動(dòng)側下夾送輥的速度值作為主令速度值，入口端其余三個(gè)夾送輥作為從動(dòng)速度跟隨。出口端仍設置為“一主一從”方式。
5.2.3 當鋼板到達出口端時(shí)，系統設置為“一主七從”方式。出口端移動(dòng)側下夾送輥的速度值作為主令速度值，其余夾送輥作為從動(dòng)速度跟隨。
5.2.4 當板尾離開(kāi)入口端時(shí)，出口端切換為“一主三從”方式，出口端移動(dòng)側下夾送輥的速度值作為主令速度值；而入口端為“一主一從”方式。
5.2.5 當板尾離開(kāi)出口端時(shí)，系統均切換回“一主一從”方式。
同理，夾送輥和輥道系統的控制也有自動(dòng)與手動(dòng)兩種模式。
自動(dòng)時(shí)，首先人工選擇一種送板步長(cháng)：1100mm、1200mm或1300mm，然后利用光電檢測開(kāi)關(guān)PH1～PH5與偏心軸角度來(lái)控制送板動(dòng)作。當偏心軸角度大于249℃時(shí)，夾送輥和輥道轉動(dòng)開(kāi)始自動(dòng)按選定步長(cháng)送板，并且同時(shí)調用APC；當剪切完最后一刀后，夾送輥和輥道按50％速度將鋼板送出雙邊剪，以便進(jìn)入下一個(gè)工作區。
自動(dòng)送板啟動(dòng)的聯(lián)鎖條件有：
(a)PH1遮光(off)
(b)入口側上夾送輥壓下
(c)偏心軸在停車(chē)位
入口夾送輥向出口夾送輥切換的聯(lián)鎖條件有：
(a)出口側上夾送輥壓下
(b)送選定步長(cháng)Lp完畢
(c)PH1、PH5遮光
6 故障診斷與處理
考慮到系統的完整性和安全性，必須對生產(chǎn)過(guò)程中可能出現的異常情況及時(shí)地診斷與處理。
系統在正常運行情況下，故障報警功能塊循環(huán)掃描并采集各種需要監控的數據，包括主剪相位與APC數據、步長(cháng)APC數據、6RA70裝置參數、通訊塊數據、參數整定、液壓過(guò)壓過(guò)熱信號、油溫與潤滑信號等。當設備出現故障或工藝參數異常時(shí)，立即對故障報警信號進(jìn)行分類(lèi)，并將之發(fā)送至程序調度，由調度中心根據預先設定好的程序控制策略，調用各類(lèi)自定義報警處理塊FB或FC，并且向操作人員發(fā)出級別不同的報警信息，以催促操作人員盡快排除故障．當設備正常后，報警信號自動(dòng)解除。
7 結束語(yǔ)
DSS系統在2001年投產(chǎn)以來(lái)，DSS系統已自動(dòng)剪切各種規格的鋼板數百萬(wàn)噸，鋼板剪切質(zhì)量良好。S7-400PLC以及6RA70裝置運行穩定可靠，故障率低。夾送輥和輥道運送鋼板時(shí)，步長(cháng)控制精度高，跑偏及打滑現象很少；主剪在12次、18次與24次(每分鐘剪切次數)動(dòng)作時(shí)均平穩，歸零時(shí)定位準確。剪切后的鋼板板邊齊整，無(wú)毛邊毛刺現象，大大改善了鋼板的剪切質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。