基于SIEMENS產(chǎn)品的雙邊剪控制系統(tǒng)

1 引言
為了改善中厚板廠精整線鋼板的剪切質(zhì)量，提高剪切效率和成材率，濟(jì)鋼集團(tuán)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(tǒng)。
雙邊剪(簡(jiǎn)稱DSS)屬于大型精密機(jī)械，其聯(lián)鎖多、控制精度高、節(jié)奏快。整個(gè)系統(tǒng)從控制角度可分為主剪系統(tǒng)、夾送輥和輥道控制系統(tǒng)、橫移系統(tǒng)、間隙調(diào)整系統(tǒng)、激光劃線系統(tǒng)、鋼板對(duì)正系統(tǒng)等幾個(gè)子系統(tǒng)。
該系統(tǒng)基礎(chǔ)自動(dòng)化部分采用SIEMENS公司的S7-400 PLC和6RA70系列全數(shù)字直流調(diào)速裝置來(lái)控制，利用STEP7編程、Wincc畫(huà)面監(jiān)控?？偪刂泣c(diǎn)數(shù)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)激光劃線裝置對(duì)鋼板切邊的位置進(jìn)行光學(xué)定位，人工操縱鋼板對(duì)正裝置將鋼板對(duì)正，然后，由夾送輥將鋼板夾緊并自動(dòng)按設(shè)定步長(zhǎng)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(yùn)輸機(jī)把板邊運(yùn)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(xù)剪切，剪切完的鋼板由剪后輥道送入下一個(gè)工作區(qū)，而雙邊剪開(kāi)始剪切下一鋼板。
3 硬件配置
系統(tǒng)硬件配置如圖1所示；

整個(gè)控制系統(tǒng)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(shè)有2個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，在操作室配備4個(gè)ET200M站；傳動(dòng)PLC則在主控室設(shè)置12個(gè)ET200M站，以對(duì)每套6RA70裝置進(jìn)行準(zhǔn)確控制。每個(gè)ET200M通過(guò)Profibus-DP與各自的CPU交換數(shù)據(jù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞與共享。
S7-400上面設(shè)有Ethernet網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的調(diào)度、管理和維護(hù)。
4 系統(tǒng)軟件控制
整個(gè)主控程序采用模塊化設(shè)計(jì)。對(duì)于每一個(gè)子系統(tǒng)，有一個(gè)專門的功能塊與之對(duì)應(yīng)；一旦系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，程序調(diào)度中心馬上調(diào)用該功能塊進(jìn)行應(yīng)答處理。處理完畢后再發(fā)送相應(yīng)的反饋信息至主控程序。而且單個(gè)系統(tǒng)的升級(jí)及維護(hù)并不影響主控程序的運(yùn)行。軟件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

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

5.1 主剪APC
主剪系統(tǒng)的主要功能為自動(dòng)剪切鋼板。
主剪系統(tǒng)由固定剪和移動(dòng)剪組成，有四臺(tái)300KW的直流電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，其中固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)各兩臺(tái)，每一側(cè)的電機(jī)采用電樞串聯(lián)，串聯(lián)后由一臺(tái)6RA70裝置供電控制。固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)之間采用機(jī)械硬軸連接來(lái)實(shí)現(xiàn)速度的同步。主剪的滾動(dòng)剪切主要是通過(guò)編碼器對(duì)偏心軸進(jìn)行相位控制來(lái)完成。偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)0～360℃，主剪相應(yīng)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(cè)上夾送輥的編碼器完成對(duì)鋼板的自動(dòng)測(cè)厚，然后根據(jù)板厚，主剪自動(dòng)選擇剪切速度進(jìn)行剪切。
當(dāng)鋼板第一個(gè)設(shè)定步長(zhǎng)送到位后，主剪從零位啟動(dòng)，開(kāi)始不停地滾動(dòng)剪切。當(dāng)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到最后一個(gè)步長(zhǎng)后，主剪剪切最后一刀。當(dāng)偏心軸角度到達(dá)249℃時(shí)，主剪調(diào)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(tǒng)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(rùn)滑系統(tǒng)正常
(b)碎邊運(yùn)輸鏈工作
(c)出口側(cè)上夾送輥在上位
(d)機(jī)架橫移夾緊
(e)換刀臺(tái)在原位
(f)碎邊支架抬起
(g)主碎刀間隙調(diào)整結(jié)束
上述條件滿足后，自動(dòng)剪切啟動(dòng)有效。
5.2 步長(zhǎng)APC控制
步長(zhǎng)由夾送輥和輥道系統(tǒng)控制。
夾送輥采用八臺(tái)45KW的進(jìn)口直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；入口端和出口端兩個(gè)下夾送輥之間分別采用機(jī)械硬軸連接，各有兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而相應(yīng)的上夾送輥各自兩臺(tái)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，在運(yùn)送鋼板時(shí)由鋼板作為媒介同步。
為了正確協(xié)調(diào)好各個(gè)夾送輥之間的速度與力矩關(guān)系，此系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置設(shè)置了“主從”方式以進(jìn)行控制。
5.2.1 當(dāng)鋼板未進(jìn)入DSS時(shí)，系統(tǒng)設(shè)置為“一主一從”方式。移動(dòng)側(cè)下夾送輥的速度值作為主令速度值，固定側(cè)下夾送輥?zhàn)鳛閺膭?dòng)速度跟隨。
5.2.2 當(dāng)鋼板由DSS入口端咬入時(shí)，入口端設(shè)置切換為“一主三從”方式。入口端移動(dòng)側(cè)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?zhàn)鳛閺膭?dòng)速度跟隨。出口端仍設(shè)置為“一主一從”方式。
5.2.3 當(dāng)鋼板到達(dá)出口端時(shí)，系統(tǒng)設(shè)置為“一主七從”方式。出口端移動(dòng)側(cè)下夾送輥的速度值作為主令速度值，其余夾送輥?zhàn)鳛閺膭?dòng)速度跟隨。
5.2.4 當(dāng)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(cè)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(dāng)板尾離開(kāi)出口端時(shí)，系統(tǒng)均切換回“一主一從”方式。
同理，夾送輥和輥道系統(tǒng)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(zhǎng)：1100mm、1200mm或1300mm，然后利用光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)PH1～PH5與偏心軸角度來(lái)控制送板動(dòng)作。當(dāng)偏心軸角度大于249℃時(shí)，夾送輥和輥道轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始自動(dòng)按選定步長(zhǎng)送板，并且同時(shí)調(diào)用APC；當(dāng)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(qū)。
自動(dòng)送板啟動(dòng)的聯(lián)鎖條件有：
(a)PH1遮光(off)
(b)入口側(cè)上夾送輥壓下
(c)偏心軸在停車位
入口夾送輥向出口夾送輥切換的聯(lián)鎖條件有：
(a)出口側(cè)上夾送輥壓下
(b)送選定步長(zhǎng)Lp完畢
(c)PH1、PH5遮光
6 故障診斷與處理
考慮到系統(tǒng)的完整性和安全性，必須對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常情況及時(shí)地診斷與處理。
系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下，故障報(bào)警功能塊循環(huán)掃描并采集各種需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)，包括主剪相位與APC數(shù)據(jù)、步長(zhǎng)APC數(shù)據(jù)、6RA70裝置參數(shù)、通訊塊數(shù)據(jù)、參數(shù)整定、液壓過(guò)壓過(guò)熱信號(hào)、油溫與潤(rùn)滑信號(hào)等。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或工藝參數(shù)異常時(shí)，立即對(duì)故障報(bào)警信號(hào)進(jìn)行分類，并將之發(fā)送至程序調(diào)度，由調(diào)度中心根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序控制策略，調(diào)用各類自定義報(bào)警處理塊FB或FC，并且向操作人員發(fā)出級(jí)別不同的報(bào)警信息，以催促操作人員盡快排除故障．當(dāng)設(shè)備正常后，報(bào)警信號(hào)自動(dòng)解除。
7 結(jié)束語(yǔ)
DSS系統(tǒng)在2001年投產(chǎn)以來(lái)，DSS系統(tǒng)已自動(dòng)剪切各種規(guī)格的鋼板數(shù)百萬(wàn)噸，鋼板剪切質(zhì)量良好。S7-400PLC以及6RA70裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠，故障率低。夾送輥和輥道運(yùn)送鋼板時(shí)，步長(zhǎng)控制精度高，跑偏及打滑現(xiàn)象很少；主剪在12次、18次與24次(每分鐘剪切次數(shù))動(dòng)作時(shí)均平穩(wěn)，歸零時(shí)定位準(zhǔn)確。剪切后的鋼板板邊齊整，無(wú)毛邊毛刺現(xiàn)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(jì)效益顯著。