高线高速区飞剪剪刃位置控制方法.pdf

第5期（总第2 40 期）2023年10 月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING A U T O M A T I O NNo.5Oct.文章编号：16 7 2-6 413(2 0 2 3)0 5-0 17 1-0 2高线高速区飞剪剪刃位置控制方法任树朋（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原0 30 0 0 3)摘要：飞剪作为高速线材生产中的关键设备，其功能精度对线材成材率和轧制效率等起着至关重要的作用。简要介绍了高速线材生产线中高速区飞剪的工艺参数和工作原理，列举了使用过程中常见的剪刃角度偏差故障，并针对这一故障制定了解决方案。所提出的控制方法在实际运行中效果良好，可为同类型设备的技术改造提供参考。关键词：高速区飞剪；剪刃角度；位置控制中图分类号：TG333.2+1文献标识码：A0引言某轧钢厂共有高线、小棒和大棒三条生产线，以220mmX220mmX3500mm的初轧坏、连铸坏为原料,能够生产5 mm 2 5 m m 的线材和16 mm120mm的棒材。因产品种类多、规格范围广，共有18条工艺路径来完成上述产品的轧制生产。其中，高线生产线于1992 年投产，2 0 19年完成智能化升级改造，能够满足 5mm25mm热轧光圆盘条和螺纹盘条的生产要求。高速线材生产工艺中，高速区飞剪是保障稳定生产的核心设备，其功能精度对是否能够准确地完成来料的切头、切尾以及事故碎断剪切起着至关重要的作用，是直接影响生产效率和成材率的关键设备。本文简要介绍了高速线材生产线中高速区飞剪的工艺参数和工作原理，列举使用过程中常见的剪刃角度偏差故障，并针对这一故障制定了解决方案。1高速区飞剪工艺概况1.1线材生产工艺流程线材生产工艺流程为：加热炉高压水除鳞开坏机粗轧机组1#飞剪中轧机组2#飞剪预精轧机组3#飞剪精轧机组线材减定径机组吐丝机冷却收集称重打包。各机组之间均设有飞剪用于切头尾、事故时进行碎断。轧线上设有水冷装置，用于实现控温轧制和热机轧制，满足所有品种的要求。预精轧机、精轧机以及减定径机组出口设有测径仪，对轧件进行在线测径。其中3#飞剪SH3为高速区飞剪。1.2高速飞剪的硬件配置高速飞剪的硬件配置如图1所示。轧线控制系统采用西门子PLCS7-1518-4PN/DP集中控制，高速区飞剪电机选用上海电机厂生产的YBFJ355-6交流电机，其额定功率为2 0 0 kW，额定电压为6 90 V，额定电流收稿日期：2 0 2 3-0 3-14；修订日期：2 0 2 3-0 6-2 8作者简介：任树朋（198 8-），男，河北保定人，工程师，本科，主要从事自动化控制技术工作。为2 45A，额定转速为9 9 4r/min，由西门子S120变频器进行驱动。与之动作匹配的转辙器为包米勒DSO100-L伺服电机，驱动装置为西门子变频器SIMOTIOND445。剪刃的角度反馈通过一个HEINLANZ轴套式编码器完成。ET200SP远程站转辙器传动D445转器控制器定位编码器转器电机飞剪电机图1高速飞剪硬件配置1.3高速飞剪工作原理高速飞剪SH3为单电机驱动的回转式连续飞剪，上、下刀架均采用了12 0 均匀分布的三刀体结构，以提高剪切效率。图2 为高速飞剪与转辙器示意图，飞剪位于预精轧机组与精轧机组之间，上游装有剪前夹送辊，通过夹持动作稳定来料速度。轧制过程中，飞剪切掉来料一定距离的头部后，通过飞剪前转辙器动作，引导来料进人过钢位，到达下游机组；或者是在下游机组出现故障情况时，通过转辙器动作将轧件引导进人碎断位，完成轧件的碎断剪切。所有的动作过程通过电气控制自动完成1。与飞剪SH3飞轮上的3组剪刃动作匹配的是一台由包米勒伺服电机驱动的转辙器。将三组剪刃中的一组完全闭合时定为0 基准，在S7-1518 PLC飞剪传动柜172运行模式下，高速飞剪根据剪前末机架轧机的线速度连续运转。在切头时，剪前热检SH3_HMD1检测到信号后，根据此时飞剪剪刃的角度调整自身转速，在热检SH3_HMD2检测到信号前完成剪刃角度的调整，恢复正常转速。SH3_HMD2检测到信号后，启动转辙器的动作跟踪功能。开始剪切时，0 剪刃刚好闭合。机械工程与自动化剪切时刻取决于HMI设定的切头长度、SH3_HMD1距离飞剪的距离、剪前末机架的速度以及SH3_HMD1和SH3_HMD2之间的距离。待飞剪 SH3的3组剪刃均完成剪切之后，伺服电机驱动转辙器由碎断位动作到过钢位，将钢送至剪后导管。SH3_HMD3SH3_HMD22023年第5期SH3_HMD1预精轧机组切尾功能则动作相反，转辙器在过钢位等待，钢尾部到达需要剪切的位置时，转辙器动作，从过钢位动作到碎断位，完成切尾动作。在整个过程中，飞剪和转辙器两者之间必须紧密配合，在剪刃位于特定的角度范围内时转辙器方可动作，否则可能导致来料无法切断、剪切过长、剪切过短等异常状况的发生。通过分析得出，转辙器需要在剪刃角度介于2 40 36 0 之间动作。由于来料速度较高，最高线速度有13m/s，因此转辙器的响应时间极短。这就要求转辙器在从开始动作到离开剪切范围的安全区域所需要的时间内，剪刃角度介于2 40 36 0 之间。为了留有一定的安全余量，选定2 6 0 开始动作，340 之前将来料摆动到安全的区域，然后继续送至过钢位，这样才能确保剪切的稳定和可靠性。然而这一系列动作的前提是3#剪剪刃位置反馈必须十分精确。剪刃位置通过飞轮传动轴上安装的一个重载型拉杆式编码器反馈，若编码器损坏或者编码器松动造成反馈角度与实际偏差较大，会导致转辙器动作时机异常，造成堆钢等故障。因此编码器反馈的角度值与剪刃实际位置之间的关系对确保3#飞剪的正常动作至关重要。2高速区飞剪常见问题分析及优化方案2.1常见问题3#剪在运行过程中时常出现零位丢失异常停车现象，重新标零后恢复正常，但运行一段时间后仍有类似现象发生。3#剪的零位是通过剪刃位置编码器确定的，零位丢失后，转辙器因接收不到3#剪剪刃位置信号会停止动作。正常状态和零位丢失故障状态时剪刃运行曲线如图3所示，正常情况下，3#剪剪刃位置从0 到36 0 连续变化，是一条近似于固定斜率的直线；而故障状态下，角度范围内会出现一个台阶，角度不是连续变化。由此判断剪刃位置编码器出现异常。通过对高速飞剪和转辙器动作原理进行分析，得出飞剪动作可靠、稳定的前提是剪刃角度的准确性。剪刃角度值通过轴套增量式编码器进行反馈，因此如何保证编码器反馈角度的准确性是高速飞剪稳定运行必须解决的问题。在实际使用过程中，影响编码器反馈值的因素大概分为以下几类：编码器信号漂移或者信号丢失；编码器与固定轴之间相对运动等2 。信号漂移、信号丢失等问题可以通过使用专用屏蔽电缆、增加接地等措施解决，编码器与固定轴之间相对运动可转辙器剪前夹送辊1#水箱图2 高速飞剪与转辙器示意图以通过定期检查紧固以降低其出现的概率，这些都是在停机状态下可以采取的措施。那么在正常生产过程中，怎样对剪刃位置和编码器反馈的角度值之间的关系进行判断就显得尤为重要。(a）正常状态(b）故障状态图3正常状态和零位丢失时剪刃运行曲线2.2判断剪刃位置和编码器反馈角度值相对关系的方案针对上述问题，采用如下措施：在飞剪处于静止状态下，将其中一组剪刃完全闭合，作为剪刃角度值的0基准。如图4所示，在飞剪的飞轮轴头处安装感应机构，同时在对应位置固定接近开关。沿剪刃运动方向调整接近开关位置至0 对应的剪刃完全闭合时，接近开关刚好检测到信号。以实现剪刃动作一周回到0时接近开关感应一次，并且接近开关检测到信号时对应的角度值相对比较稳定，范围较小。将接近开关接回到PLC数字量模板中，并通过PDA软件进行信号监测，分析编码器反馈的剪刃位置角度值与接近开关之间的关系。同时编写角度偏差报警程序，在允许范围内出现偏差时能够自动预警，达到提醒岗位人员进行相关检查紧固以及编码器更换等作业的目的。考虑到飞剪转速较高，普通的接近开关响应速度不够，因此选用采样频率较高的IFM的NF5023接近开关，采样频率可达150 0 Hz。数字量输入模板选用与之匹(下转第17 5页）精轧机组高速区飞剪SH32023年第5期评定，有利于加强学生的知识、技能和职业素质的培养。表12学生信息表学课前上课听课职业学习学习动手能综合 团队号准备态度状态 素养效果效率力提升能力 合作19628538688486875986887888899891078Abstract:Taking the grade evaluation of CNC milling course as the research object,a mathematical model based on analytic hierarchyprocess(AHP)algorithm is proposed.The hierarchical model is established by using the investigation index,and the judgmentmatrix between each level is constructed.The fuzzy weight of each judgment matrix is calculated by using the triangular fuzzynumber calculation formula,and the weight of the testing index of the NC milling course grade is calculated,which achieves thecomprehensive evaluation of the course grade scientifically,objectively and fairly.Finally,through the application of the model,theuse of the model is explained in detail,and it is also verified that the model is scientific and effective.Keywords:CNC milling course;Analytic Hierarchy Process;grade evaluation model(上接第17 2 页）配的高性能数字量采集模板6 ES7521-1BL00-0AB0。控制系统则利用现有的轧线控制系统。一组剪刃完全闭谷图4感应机构安装位置示意图Position Control Method of Flying Shear Blade in High-SpeedArea of High-Speed Wire RodREN Shu-peng(Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan 030003,China)Abstract:As the key equipment in high-speed wire rod production,the functional accuracy of flying shear plays an important role inthe yield and rolling efficiency of wire rod.The paper briefly introduces the process parameters and working principle of the flyingshear in the high-speed area in high speed wire rod production line,lists the common shear blade angle deviation fault in the useprocess,and formulates a solution for this fault.The proposed control method has a good effect in the actual operation,and canprovide reference for the technical improvement of the same type of equipment.Keywords:high speed area flying shear;shear blade angle;position control机械工程与自动化（2）由指标权重可知该模型注重过程考核，对学生平时学习有着严格量化要求，能够提高学生学习的热情和效率。（3）随着学生素质的提高和数控技术的发展，该模型在使用中还需要进行不断的完善和优化。75838698879976878695968584878985888985867576Grade Evaluation Model for CNC Milling Course Based on1758285988585856888868887888887638795788081Analytic Hierarchy ProcessZHAO Da-min(Guidaojiaotong Polytechnic Institute,Shenyang 110023,China)差自动报警功能，有效避免了因现场编码器松动、编码器码盘损坏等异常情况造成的生产事故，及时提醒岗位人员对现场设备进行检查，保障了生产的顺利进行。3结论高速飞剪的控制关键在于飞剪与转辙器之间的配感应杆和合，配合的桥梁是通过剪刃位置的反馈与速度的匹配。接近并关本文提出的判断剪刃实际位置的方法能够有效避免编编码器码器故障带来的飞剪动作异常，提高了设备的功能精度，确保了生产的稳定运行，也为同类型设备的技术改造提供了参考。参考文献：1闵海斌.高线飞剪控制系统J.自动化应用，2 0 14(3）：48-49.2张瑞峰，赵宏才，王晔，等.轧钢高线飞剪剪刃精准控制方法的改进研究JI.工业控制计算机，2 0 13（4)：134-136.828785656899876887968589688496828485877586886788877696758763848688858876参考文献：1卢国俭，沈洁，王英，等.校企协同实践实习课程评价模型中指标权重的优化J.襄阳职业技术学院学报，2 0 19，18(3):29-32.2钟文精，焦中明，蔡乐.基于K-Means算法的学生成绩聚类分析.教育信息技术，2 0 2 1（5）：56-58.3孙凌宇，朱丽莉，张小俊，等.基于模糊层次分析法的关键技术元素识别J.科学技术与工程，2 0 2 0，2 0（2 4）：98 16-9821.4周妍，张然，王东生.基于层次分析法的成绩综合评价模型改进J.安徽开放大学学报，2 0 2 2（1）：36-41.剪刃位置判断方案投入运行过程中，通过角度偏