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案例頻道1. 安鋼高線機(jī)組設(shè)備裝備水平及3#飛剪的動(dòng)作特點(diǎn)
1.1安鋼高線機(jī)組設(shè)備裝備水平
安鋼高速線材機(jī)組是目前國(guó)內(nèi)裝備水平和自動(dòng)化控制水平最高的線材生產(chǎn)線之一，于2001年7月熱負(fù)荷試車成功，高速區(qū)軋機(jī)設(shè)備采用美國(guó)摩根最新的模塊化軋機(jī)設(shè)備，8架NTM+4架RSM配置。高線機(jī)組整條生產(chǎn)線的年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力45萬(wàn)噸，設(shè)計(jì)終軋速度120m/s,保證終軋速度115m/s，該生產(chǎn)線的重要特點(diǎn)是設(shè)備眾多，設(shè)備布置點(diǎn)多面廣，生產(chǎn)節(jié)奏快，控制精度要求高。在其基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，配置了五臺(tái)西門子S7―400型PLC分別完成如下控制功能：
PLC1：加熱爐區(qū)各段輥道的速度控制和順序控制等。
PLC2：包括CONTROL和SHEAR兩個(gè)CPU，分別完成1#2#夾送輥，粗軋機(jī)中軋機(jī)的速度調(diào)、整微張力調(diào)整，1#2#3#飛剪、碎斷剪的控制，預(yù)精軋機(jī)的速度及其活套控制、故障診斷，動(dòng)態(tài)速度補(bǔ)償及聯(lián)鎖控制，軋輥控制等。
PLC3：精軋機(jī)，減定徑機(jī)，3#夾送輥，吐絲機(jī)，STM冷卻線及其風(fēng)機(jī)等。
PLC4：集卷筒及聯(lián)鎖控制，P/F線，稱重等。
PLC5：液壓站，潤(rùn)滑站等輔助設(shè)備。
1.2 3#飛剪的動(dòng)作特點(diǎn)
3#飛剪位于NTM精軋機(jī)前，用于切頭、切尾、頭部采樣、尾部采樣。剪軸安裝于1080mm垂直中心上，傳動(dòng)比1：1，下位剪刀軸直接由135KW交流電機(jī)拖動(dòng)。電機(jī)由公共直流母線供電方式下的逆變器驅(qū)動(dòng)。這是一個(gè)電氣起―停式飛剪，對(duì)于每一次剪切，飛剪將從靜止（90度位置）加速轉(zhuǎn)過(guò)255度達(dá)到剪切位置(345度)。當(dāng)一次剪切完成后，飛剪停止并且刀片通過(guò)一個(gè)位置調(diào)節(jié)器自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到停止位置。在剪切周期之間，位置調(diào)節(jié)器將保持飛剪在停止位置。每57秒剪切兩次。兩只鋼坯間隔時(shí)間5秒，
●3#飛剪前的切頭尾HMD啟動(dòng)跟蹤系統(tǒng)用于切頭尾，當(dāng)軋件頭部到達(dá)切頭尾HMD時(shí)啟動(dòng)跟蹤定時(shí)器，直到頭部到達(dá)導(dǎo)向器位，剪刃才能到達(dá)剪切位置。
●3#飛剪定位：0度=垂直剪切位置；30度=剪切完成，開始停止；90度=停止位置。電動(dòng)釋放制動(dòng)器安裝在電機(jī)上，制動(dòng)器只用于夾持，不用于停止。通常鋼坯有5秒左右間隔時(shí)間，傳動(dòng)位置調(diào)節(jié)器在剪切周期之間將保持飛剪在停止位置，并且制動(dòng)器一直處于釋放狀態(tài)并且不操作。
●通過(guò)飛剪的軋件最大速度=16.7米/秒，最小軋件速度=5.1米/秒，由于咬入角的原因，飛剪必須以快于軋件3.5%的速度運(yùn)轉(zhuǎn)以匹配軋件速度。
●3#飛剪運(yùn)行順序：以下是預(yù)設(shè)運(yùn)行順序的說(shuō)明，數(shù)據(jù)是根據(jù)飛剪及電機(jī)的速度295RPM進(jìn)行計(jì)算的：
（1）刀刃垂直和完全嚙合的位置是0度位置。
（2）在兩次剪切之間，飛剪保持在90度停止位置。
（3）當(dāng)飛剪接到剪切信號(hào)時(shí)，飛剪在0.25秒內(nèi)以1.94每單位的平均扭矩在255度范圍內(nèi)加速295RPM。
（4）在大約345度的嚙合角處，刀刃接觸到軋件并開始剪切。
（5）在0度位置，定位系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)表明剪切已完成，在飛剪最高速度時(shí)有一個(gè)微小的速降可不計(jì)。
（6）在30度，定位系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，剪刃離開軋件，發(fā)出信號(hào)，通過(guò)回饋制動(dòng)使驅(qū)動(dòng)停止。
（7）飛剪在0.25秒內(nèi)255度范圍內(nèi)以1.94每單位的平均扭矩減速到停止。
（8）飛剪轉(zhuǎn)至285度位置停止。
（9）飛剪將反轉(zhuǎn)從285度到達(dá)90度停止位。
（10）當(dāng)飛剪已被定位到90度停止位置時(shí)，位置調(diào)節(jié)器將持續(xù)使飛剪在剪切周期之間保持在此位置。
通過(guò)以上描述，我們明確了解到3#飛剪的動(dòng)作特點(diǎn)是快速響應(yīng)、瞬時(shí)起停。
2． 3#飛剪在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及成因分析
2.1 3#飛剪在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題
3#飛剪是軋件進(jìn)入成品機(jī)架的最后質(zhì)量屏障。其工作如果不穩(wěn)定，如在切頭切尾時(shí)發(fā)生多切或切頭超長(zhǎng)，會(huì)直接造成軋線堆鋼，形成嚴(yán)重工藝事故，處理起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并產(chǎn)生過(guò)量中間廢，降低成品產(chǎn)量；其如果在切頭切尾時(shí)發(fā)生不切或切頭超短，則會(huì)使進(jìn)入成品機(jī)架的軋件質(zhì)量得不到保障，仍會(huì)使軋線造成嚴(yán)重堆鋼工藝事故。因此，保證3#飛剪工作穩(wěn)定是軋線進(jìn)行正常工作的重要前提。
自投產(chǎn)以來(lái)，3#飛剪在生產(chǎn)過(guò)程中頻繁出現(xiàn)誤動(dòng)作，表現(xiàn)為多切、少切或不切及現(xiàn)象，由此而導(dǎo)致的熱停機(jī)時(shí)間平均每月高達(dá)5：30，并且切頭長(zhǎng)度一直不穩(wěn)定，成為制約生產(chǎn)的一大難題，直接影響到高線機(jī)組的產(chǎn)量和質(zhì)量，也直接制約了高線機(jī)組效益的增加。
2.2 3#飛剪在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的成因分析
3#飛剪的快速響應(yīng)、瞬時(shí)起停特性要求該設(shè)備的電控系統(tǒng)性能必須十分穩(wěn)定，系統(tǒng)響應(yīng)快速精確，信號(hào)傳輸準(zhǔn)確無(wú)誤。而3#飛剪在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的誤動(dòng)作恰恰正是控制系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的。
3#飛剪控制系統(tǒng)控制鏈路上包含了逆變器控制回路、給3#切分剪發(fā)起停信號(hào)的熱金屬檢測(cè)器、光電信號(hào)耦合器、編碼器及編碼器電纜、軋線S7―400PLC等眾多數(shù)字化電氣元部件。控制信息在這條復(fù)雜鏈路上采集、傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、使能過(guò)程中發(fā)生的任何微小差錯(cuò)都會(huì)導(dǎo)致控制的全面失敗。
2.2.1信號(hào)跟蹤系統(tǒng)原因
從原理分析，3#飛剪發(fā)出剪切動(dòng)作的信息源于給3#切分剪發(fā)起停號(hào)的熱金屬檢測(cè)器（HMD），
如果HMD有鋼信號(hào)在信道中傳輸時(shí)受到外來(lái)電磁干擾造成信號(hào)丟失或多發(fā)，飛剪則會(huì)不切或多切，最終造成堆鋼嚴(yán)重工藝事故。
2.2.2 PLC控制系統(tǒng)的原因
如果HMD檢測(cè)到軋件頭部到來(lái)后發(fā)出的有鋼信號(hào)經(jīng)信號(hào)電纜傳輸?shù)杰埦€PLC2后，SHEAR和CONTROL兩個(gè)CPU交換和處理數(shù)據(jù)的時(shí)間不穩(wěn)定，則會(huì)造成切頭切尾長(zhǎng)度不穩(wěn)定。
2.2.3交流傳動(dòng)系統(tǒng)的原因
如果3#飛剪交流傳動(dòng)系統(tǒng)裝置CUVC和T300工藝板工作不穩(wěn)定或參數(shù)設(shè)定不當(dāng)造成飛剪不能按照工藝設(shè)定動(dòng)作執(zhí)行，同樣會(huì)造成切頭切尾長(zhǎng)度不穩(wěn)定。
2.2.4飛剪位置跟蹤系統(tǒng)原因
3#切分剪運(yùn)行位置檢測(cè)是由瑞典LINE&LINDE公司生產(chǎn)的高精度增量型編碼器（ART NO：860900220）完成，該型編碼器是一種角位移和角速度測(cè)量元件，可以直接將角位移或角速度轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的脈沖序列信號(hào)，在檢測(cè)物體的位移和角度等方面有著廣泛的應(yīng)用。該編碼器有A、B、Z三相信號(hào)輸出，Z相信號(hào)每轉(zhuǎn)一周輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，用于編碼器的初始定位，A、B兩相輸出的信號(hào)波形完全相同，只是在相位上相差90度，我們利用A、B兩相信號(hào)的相位差來(lái)判別編碼器的轉(zhuǎn)向和實(shí)現(xiàn)對(duì)編碼器的計(jì)數(shù)。
從3#切分剪運(yùn)行順序我們知道，3#切分剪的定位是靠編碼器在0度位置發(fā)出信號(hào)表明剪切已完成，定位系統(tǒng)通過(guò)回饋制動(dòng)使驅(qū)動(dòng)停止。在此過(guò)程中，位置調(diào)節(jié)器對(duì)飛剪的準(zhǔn)確定位起著決定性作用。如果在此過(guò)程中，控制系統(tǒng)連續(xù)收到零位信號(hào)或零位信號(hào)在該來(lái)時(shí)不來(lái)，位置調(diào)節(jié)器將連續(xù)進(jìn)行調(diào)整或不進(jìn)行調(diào)整，反映在軋制過(guò)程中即是多切、少切或不切。通過(guò)分析我們知道，零位信號(hào)連續(xù)到來(lái)或在該來(lái)時(shí)不來(lái)現(xiàn)象的產(chǎn)生源自編碼器零（Z）通道信號(hào)在外部電磁干擾下發(fā)生了信號(hào)誤發(fā)或丟失。
3 3#飛剪控制系統(tǒng)優(yōu)化方案及實(shí)施
2002年6月份以來(lái)，高線機(jī)組電氣技術(shù)人員對(duì)3#飛剪在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的這些問(wèn)題進(jìn)行了反復(fù)觀察、研究和分析，并認(rèn)真解析了基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)龐大復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)，最終于2005年元月確定對(duì)3#飛剪這一具有大程序結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的洋設(shè)備控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化并拿出數(shù)套方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室仿真，最后將最優(yōu)方案分步實(shí)施于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的努力，于2005年3月系統(tǒng)優(yōu)化全面完成。經(jīng)過(guò)一年來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行證明，此次技術(shù)改造獲得了巨大成功。
3.1 3#飛剪主程序的改進(jìn)
在3#飛剪主程序CFC-ENG00-S7/PM/SHE/MAIN/DCSHMAIN中增加DB760數(shù)據(jù)塊，通過(guò)MPI網(wǎng)實(shí)現(xiàn)CONTROL與SHEAR兩個(gè)CPU間重要數(shù)據(jù)的快速交換，如軋件頭部、尾部跟蹤信號(hào)，自動(dòng)堆鋼信號(hào)，軋件碎斷信號(hào)，軋件的頭部速度數(shù)據(jù)，剪切完成信號(hào)等，以提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)性。
在3#飛剪主程序CFC-ENG00-S7/PM/SHE/MAIN/DCSHMAIN中增加FB1053功能塊，以實(shí)時(shí)修改頭部速降補(bǔ)償值，穩(wěn)定切頭長(zhǎng)度。
在3#飛剪主程序CFC-ENG00-S7/PM/SHE/MAIN/DCSHMAI中增加FB1054功能塊，以修改剪切信號(hào)寬度，增加信號(hào)濾波功能，增加抗干擾能力，從軟件角度杜絕信號(hào)誤發(fā)可能，根除多切現(xiàn)象。
3.2優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)
3#飛剪傳動(dòng)裝置采用西門子6SE7033-5WJ60型逆變器，其內(nèi)配置的CUVC電路板負(fù)責(zé)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，配件板T300負(fù)責(zé)3#飛剪的工藝定位，
3#飛剪要求快速起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小的動(dòng)作特點(diǎn)要求傳動(dòng)裝置運(yùn)行必須穩(wěn)定可靠，我們通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)P、I調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)以保證調(diào)速系統(tǒng)的良好動(dòng)態(tài)跟隨性能和動(dòng)態(tài)抗擾性能（包括抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)）。
3.3 增強(qiáng)控制系統(tǒng)信道的EMC能力
電磁兼容性（EMC）定義的是一臺(tái)電氣設(shè)備在電磁環(huán)境下不產(chǎn)生令其他電氣設(shè)備不可接受的電磁干擾的情況下，令人滿意的工作能力。即不同的電氣設(shè)備不應(yīng)互相影響。EMC是由與設(shè)備相關(guān)的兩個(gè)特性而決定的，即干擾輻射和抗干擾性，各類電氣設(shè)備既可能是故障源，又可能是干擾接受器。一個(gè)設(shè)備可能不但是故障源，而且同時(shí)也是受干擾設(shè)備。如果故障源沒有反過(guò)來(lái)影響干擾接受器的正常功能，則存在電磁兼容性，干擾源通常是指功率電子設(shè)備并有很大的功率消耗，為了減少干擾輻射需要復(fù)雜和昂貴的濾波器，干擾接受器尤指控制設(shè)備和傳感器，包括計(jì)算電路，增加這些低耗電設(shè)備的抗干擾能力通常比較容易和便宜。因此在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中，增加抗干擾能力比減小干擾輻射常常更加經(jīng)濟(jì)有效。根據(jù)此原則，我們選擇了增強(qiáng)控制系統(tǒng)信道抗干擾能力的方法來(lái)提高信號(hào)跟蹤可靠性。根據(jù)電氣設(shè)備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)EN61800―3支配，沒有必要對(duì)工作網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行所有的EMC措施，但對(duì)高精度要求電子環(huán)境下的電氣設(shè)備必須執(zhí)行相應(yīng)的特定的EMC規(guī)則：
規(guī)則1：避免不必要的電纜長(zhǎng)度，以減少耦合電容和電感。
規(guī)則2：將備用導(dǎo)線在兩端接控制柜地，以增加附加的屏蔽效果。
規(guī)則3：如果電纜是緊挨著柜子地布線，相互干擾將較強(qiáng)。因此，柜內(nèi)的連線不應(yīng)隨便布置，而應(yīng)盡可能地貼著柜架和安裝板，這也適用于備用電纜。
規(guī)則4：信號(hào)電纜和動(dòng)力電纜必須分開布線（避免由于耦合而引入干擾），至少應(yīng)保持20CM的空間。如果編碼器電纜和電動(dòng)機(jī)電纜不能分開布置，那么編碼器電纜必須通過(guò)安裝金屬隔離或安裝金屬管或者金屬槽以實(shí)現(xiàn)解耦，金屬線槽必須多點(diǎn)接地。
規(guī)則5：數(shù)字信號(hào)電纜的屏蔽必須雙端接地（源和目標(biāo)）
規(guī)則6：數(shù)字信號(hào)電纜應(yīng)按信號(hào)組進(jìn)行屏蔽
規(guī)則7：數(shù)字信號(hào)電纜應(yīng)盡量遠(yuǎn)離模擬信號(hào)電纜。
根據(jù)上述規(guī)則，我們對(duì)提高3#飛剪控制系統(tǒng)信道EMC能力進(jìn)行了如下工作：
（1）編碼器零（Z）通道信號(hào)通道從編碼器電纜中分離出來(lái)，敷設(shè)一根單獨(dú)的編碼器零（Z）通道信號(hào)電纜。這是一項(xiàng)具有獨(dú)到之處的創(chuàng)造。它打破了人們的常規(guī)思維方式，具有開拓性意義。
（2）該控制系統(tǒng)信號(hào)電纜全部采用帶紡織層屏蔽的電纜代替原使用屏蔽箔式電纜，因?yàn)閹帘尾碾娎|的屏蔽效果要比帶紡織層屏蔽的電纜屏蔽效果差5倍。
（3）合理選擇信號(hào)電纜的敷設(shè)路徑，盡量使敷設(shè)路徑最短，且避開強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾。
（4）信號(hào)電纜在敷設(shè)過(guò)程中盡最大努力與動(dòng)力電纜隔離敷設(shè)。
（5）信號(hào)電纜在敷設(shè)方向上確實(shí)需與動(dòng)力電纜交叉的，必須呈直角方式交叉。
（6）盡量減少信號(hào)電纜裸露部分長(zhǎng)度。
（7）信號(hào)電纜敷設(shè)全程穿鋼管，以加強(qiáng)屏蔽效果和電纜的安全使用。
（8）信號(hào)電纜的屏蔽必須雙端接地
4．高線機(jī)組3#飛剪控制系統(tǒng)優(yōu)化方案實(shí)施效果
2005年3月份，高線機(jī)組3#飛剪控制系統(tǒng)優(yōu)化方案在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)投入使用以來(lái)，至今已有一年多的時(shí)間。在這一年多的時(shí)間里，再未發(fā)生3#飛剪在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)誤動(dòng)作的情況，切頭切尾長(zhǎng)度一直非常穩(wěn)定，運(yùn)行效果明顯，有力地促進(jìn)了生產(chǎn)，對(duì)高線各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)的完成做出了極大貢獻(xiàn)，生產(chǎn)產(chǎn)量得到大幅度提高，創(chuàng)造了極大經(jīng)濟(jì)效益，這對(duì)國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組出現(xiàn)的相似問(wèn)題提供了一套完整解決方案。
參考文獻(xiàn)；
1.趙剛，楊永立.軋制過(guò)程的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).冶金工業(yè)出版社 2002.1
2.王廷溥.軋鋼工藝學(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，1981
3.西門子公司.S7系列PLC用戶手冊(cè).1999
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)