浅谈多倍尺自动剪切技术在济钢钢板精整线上的应用

关键词：自动剪切 变频控制 多倍尺

Abstract: This article introduced that the hardware truss and design theory of the Automatic cutting in the Multilength Steel plate， And the application of practical.centralized control automation，simple operating instruction，low-pitched equipment error rate.

Keywords: Automatic cutting 、 frequency control 、many length

一、 济钢钢板精整剪切线设备分析

　　在目前全国轧钢行业中，绝大多数精整线剪切系统，都采用斜切剪和横切剪分别剪切钢板四边，设备分散重复，技术比较落后，增加了生产线长度与人力资本的投入，在剪切钢板的规格上也受到限制，生产效率也相对落后，已经满足不了现在的生产节奏。济钢中板厂经过反复论证，决定增加一套精整线系统，以解决老精整线过钢量低、剪切质量不高等问题。其中新精整线的关键技术点即为多倍尺自动剪切，其优点是能够一次性自动剪切多块钢板，相互之间不受干扰，每块钢板到达其设定长度后能够自动的进行剪切操作，不须人为的干预。每块钢板的长度也可以按客户订单要求直接输入，简单方便。

二、 多倍尺自动剪切技术总体构架思想

　　多倍尺自动剪切技术大体分为以下几个部分：检测部分、网络部分、传动控制部分、上位机数据输入和显示部分。现场的检测元件通过设备网网络连入控制系统，需要剪切的钢板数据通过上位机输入之后，通过网络联入控制系统进行数据转换来控制传动设备的速度，同时上位机也即时的跟踪目前钢板通过的长度、反馈传动设备的速度和钢板当前位置，方便操作人员进行生产跟踪。检测部分采用具有精确周长的测量辊和编码器来进行测量，当钢板和测量辊之间无滑动时，编码器脉冲数精确反映板长，并根据钢板设定剪切长度自动控制剪切机的启动。为弥补机械设备剪切钢板的局限性，采用前后两个测量辊通过万向接轴分别连接两个编码器进行长度的检测，传动控制部分根据钢板的长度自动进行速度调节，最后达到精确剪切的要求。

三、 多倍尺自动剪切技术应用介绍

　　3.1剪切技术工艺要求

　　1） 各种钢板的剪切厚度都应满足剪机剪切力的要求。用同一剪机剪切不同钢种的钢板的最大厚度，可用以下公式换算：

　　
　　式中 ——设计剪切板的抗拉强度;

　　——设计剪切板的最大厚度;

　　——准备剪切板的抗拉强度;

　　——准备剪切板的最大厚度。

　　2） 剪切钢板时应避开兰脆温度。一般钢板的兰脆温度为300℃左右;

　　3） 需带温剪切的钢板，应抢温剪切，以免剪裂;

　　4） 在剪切钢板的第一边时，应以剪直为主要要求，剪切第二边时，应以长度精度为主要要求;

　　5） 避免两块钢板重叠剪切，钢板两边的剪切量应尽量一致;

　　6） 定宽、定长剪应装设低温测温仪，以补偿收缩量。其简易计算公式为：

　　收缩量﹙mm﹚=温度值（以百度计）×长或宽（m）

　　3.2剪切技术控制系统原理

　　1） 控制系统硬件组成

　　现场钢板长度的数据采集使用德国Turck公司的9080系列绝对值编码器，此类编码器支持设备级网络通讯，并且在编码器上直接提供设备级网络接口，DeviceNet设备网是采用CAN总线协议的典型的设备级网络，配置和数据采集的网络化简单，并且它是一个开放的网络系统，具有很好的兼容性能。所以根据实际情况，现场编码器和CPU采用了 DeviceNet通讯方案。其具体实现如下：在Controllogix控制站机架的插槽上增加一块1756-DNB通讯模块，通过通讯电缆1485-P1-A500将相关的编码器串接在一起，最终接到控制器的1756-DNB通讯模块上。通过Controllogix系统对编码器进行组态和通讯，完成控制器对钢板长度的数据采集。

　　由于新精整线自动化系统中使用的变频器较多，并且都是参与生产过程控制闭环调节的。变频器的运行状态及起停命令及其频率给定都是通过控制中心（PLC）来下达。同时变频器安装的物理位置比较集中（统一在一个电气控制室内）。如果通过硬线（一个变频器最少要5根电缆）完成变频器与控制器之间的信号联系将有很多缺点和不足：需要大量的施工材料并加大施工的工程量，生产之后带来的设备维护量大，控制站获得的信息量小，对变频器的状态监视能力减弱;在信号的长距离传输时，恶劣的工业现场环境会对信号产生干扰，进而会影响到变频器的稳定、准确、可靠运行。考虑到以上几种因素，网络采用Control Net网络，该网络是一种高性能的工业局域网，具有开放性、高效率、多功能、确定性和可重复性、灵活性等特点，并具有强大方便的网络组态，诊断功能及可靠性。该方式不仅节省了模拟量、数字量信号电缆，并且实现了全数字通讯，充分发挥了控制系统的优势，最终实现了对控制站对变频器的智能化监控。自动化系统控制器采用的是ROCKWELL公司的Controllogix系统。变频器采用的是 1336-FORCE磁场定向控制高性能型变频器。在Controllogix控制站机架的插槽上加入一块1756-CNB/D通讯模块，在每台变频器上都加入一块1203-CN1通讯模块。通过同轴通讯电缆将相关的变频器1203-CN1通讯模块串接在一起，最终接到相关控制器的1756-CNB/D通讯模块上。通过Controllogix系统对变频器进行组态和通讯，完成控制器对变频器的速度和转矩控制。

　　上位机采用的是EtherNet/IP 工业以太网，它是世界范围内广为接受的以太网技术 ，生产者/消费者（Producer / Consumer）网络服务支持在同一链路上完整实现设备组态（configure）、实时控制（control）、信息采集（collect）等全部网络功能。上位机系统包括操作台站2台PC、监控站1台PC（用于监控变频器状态及故障报警等），考虑到网络速度和性能等方面原因，选用了Rockwell的 PC ,它有占操作台空间小，性能稳定等优点，实现时只需在Controllogix控制站机架的插槽上加入一块1756-ENB/A通讯模块，通过以太网通讯电缆将3台电脑整合在一个路由器上，最终接到控制器的1756-ENB/A通讯模块上，完成控制器和上位机的数据交换。

　　多倍尺自动剪切技术硬件组态图如下：

　　2） 控制系统软件组成

　　多倍尺剪切技术系统控制思想，是通过编码器检测目前钢板通过的长度反馈回CPU，控制中心和所需剪切的长度数据相比较，对目前变频传动进行速度的控制与补偿。主要程序控制设计如下图：

　　其中M表示夹送辊及摆动辊道电机，每个电机都附带增量式编码器以实现闭环控制，此设计方式还可以使用T（Limit）数据块来满足工艺需要（提高或降低生产线过钢速度）

　　控制系统软件部分采用ROCKWELL公司的RSNetworx for Controlnet、 RSNetworx for Devicenet、RSNetworx for Ethernet三大网络组态软件，硬件连接好之后进行网络的规划，使得相互之间的数据可以正常的相互访问和调用，控制系统中心采用RSLogix5000进行梯形图和功能块的编写，把编码器采集的数据进行有效的分析处理、计算之后转换为速度和转矩变量传给变频器。

　　剪切设备要运行需要一些辅助设备动作指令，比如说测量轮的抬起与落下、加送辊的抬起与落下等等，可以通过RSLogix 5000编程软件内采用梯形图来控制动作顺序，与功能块程序相辅相成，来共同完成整块钢板的精确剪切。

　　上位机界面的制作采用ROCKWELL软件包中的RSView Studio界面制作软件，进入到RSView Studio软件界面，即可按需要进行编辑,在新建的工程文件中即可进行上位机界面的制作。在多倍尺自动剪切技术中上位机起一个输入与输出终端的作用，剪切数据从界面中输入、同时界面中也反馈出当前各个编码器检测回来的钢板长度，传动设备的速度等一些关键性参数。在上位机中的钢板数据输入窗口，操作人员可以在此界面上进行单倍尺、多倍尺、取样三种剪切模式的设置和数据输入，即在当前剪切数据当中刀数只有1刀即为单倍尺，超过2刀即为多倍尺。取样模式为刀数超过2刀，其中至少一刀数据少于80MM。数据的输入也很简单，从键盘输入即可，也可以用鼠标双击要输入数据的位置会弹出一软键盘，从中也可以输入，相对应的上下箭头可以选择剪切模式（有取样、剪切、传送3种模式），输入完成后，只需点击数据提取按钮即可（操作界面如下图所示）。所以操作人员很容易进行操作模式的控制，大大减少了劳动强度，提高了生产效率。同时上位机还可以监控现场设备的运行情况，如果发生故障时在上位机中也可以及时发出报警和故障代码，方便维护人员进行检查维护。

四、 结束语

　　多倍尺自动剪切技术在应用中解决的工艺和技术难题：

　　1） 实现了把现场重要设备建立网络并和变频器、上位机整合成一个网络控制系统，减少了电气设备成本和故障率;

　　2） 解决了人为因素对剪切、划线、取样等影响钢板剪切质量的问题;

　　3） 实现了在操作台自动控制生产设备，节省了大量的人力资源;

　　4） 采用集中控制钢板剪切，解决了生产线分散、设备繁多等问题。

　　济钢中板厂多倍尺自动剪切技术的应用,自2006年5月投入运行至今，系统稳定可靠，其控制功能完全满足了精整剪切工艺需求。这一技术的成功应用，标志着精整剪切系统控制实现了全自动化。该技术的应用在国内甚至国际上尚属首例，是老式精整剪切系统改造的重大突破。为今后精整剪切系统的设计及应用改造，积累了宝贵的经验，具有较强的推广应用价值。