沙钢5000mm宽厚板切头分段剪的自动控制

1 引言     沙钢在2003年开始筹建5000mm宽厚板生产线，轧机于2006年底投产，自动化控制系统分为三级。 切头分段剪于2007年5月份调试完成，正式交付使用。切头分段剪――CROP SHEAR(简称CS)属于大型精密机械，其联锁多、控制精度高、节奏快。整个系统从控制角度可分为主剪系统、钢板对中系统、辊道控制系统、换刀系统、激光划线系统、自动测长系统、喷印系统、废料运输装置、液压系统和润滑系统等几个子系统。     该系统基础自动化部分采用ABB公司的AC450 PLC和ACS800系列交流直接转矩控制（DTC）来控制，操作员站采用ABB最新推出的APP（Process Portai A）系统，与AC450相连接。 2 工艺概述    轧制好的钢板经冷却后，送至剪前辊道，通过激光划线装置对钢板进行镰刀弯的检测，优化分段的长度，以方便后道工序双边剪的剪切；钢板对中装置将钢板对中，L1按照从L2接受到的钢板的数据，剪机将自动调整刀缝、压板和压边轮压下的数量、摆动辊道的位置，按照钢板的的切头和分段的数据，由测量辊和激光测速检测长度后自动进行切头和分段剪切，若有分段的，则预先对将分段的小板喷印ID号；头尾废料由推尾装置自动送入废料运输机上运至废料坑内；切头、切尾和分段好的钢板自动送自双边剪前辊道上，准备进行双边剪切。 3 硬件配置     切头分段剪的控制系统单独使用一套ABB的AC450 PLC控制，S100配有DSDI 110、ADSDO 115、ADSAI 130、DSDP 140、ADSDP 170各一块；S800由3个SC510扩展机架，通过AF100连接远程I/O站，其中传动配有4个远程I/O站，以对每套ACS800装置进行准确控制，检测信号的采集和驱动装置的控制配有9个远程I/O站。此系统采用S100和S800相结合的配置方式，把要求快速响应的信号连接到S100模块中，其余信号都连接到现场I/O柜中，再通过现场总线AF100连接到PLC。切头分段剪PLC再通过MB300总线与其他设备的PLC进行通讯，通过TCP/IP总线与操作员站、L1服务器以及L2系统连接。专设一台电脑采用光纤直接与PLC连接，实时检测PLC中一些重要的数据，并定时保存信息，方便故障的查询。 4 .控制 剪切机的功能是，对钢板切头和切尾、把长钢板按要求进行分段。上剪刃由两台650kW的、具有负载分配功能的三相交流电机驱动，采用主从衡转矩控制。电机可以在大约0.5秒的时间内加速到最高速度。 4.1.就地控制 只可以进行手动控制。剪切机通过就地控制台手动控制剪刃更换工作。 4.2.远程控制 剪切机： 电机向一个方向旋转，从而完成剪切，每次剪切的开始和停止都受动态制动作用的控制。每一个电机都有一对液压制动器，两个电机的两对制动器受同一个电磁阀控制。当剪切前需要回到起始位置或者需要到剪刃更换位置时，可采用标定或按”home position”键，电机可低速向前或者向后运转。绝对值编码器控制剪机用电机的运转。每次剪切时，剪切机旋转360度。剪机剪切操作由控制台控制，可手动控制引入自动剪切过程。剪刃间距必须根据不同的钢板厚度调整。该间距是上剪刃和下剪刃之间的水平距离，间距通过机械方式调整。剪刃间距用调整楔系统调整，调整楔的位置即剪刃间距，是通过旋转编码器监控的。每一个方向都规定有行程终端。剪刃间距可以手动设定，也可以手动引入自动调整，即在HMI上设定尺寸，或者根据从L2上得到的钢板厚度计算尺寸。HMI上显示剪刃的间距。由于机械磨损和其它各种剪刃更换原因，若要求校准，可以通过控制台对剪刃间距系统校准，使用塞尺测量剪刃间距，然后把系统重新设定为实际间距。剪刃间距的调整是在自动剪切之前，剪机必须处于停置位置完成的。在剪刃间距调整系统选择了自动调整时，如果所显示的间距与L2所需要的间距不符，或者与手动输入的数据不符，那么“AUTO ADJUST”发光按钮就闪烁。这样可以避免操作工误操作对剪机的损伤。 测长装置： 由测量辊、激光测速仪、高温计等组成，当钢板头部到测量辊时，经由光电管触发，测量辊自动压下，测量系统就开始工作，通过剪刃的钢板长度就显示在控制台的HMI上。当钢板进入测速仪检测范围后，长度测量转由测速仪测量，测量的数据到达所需剪切的长度时，输送停止。当完成一次剪切之后，显示内容就重新复位为零。高温计可根据钢板的温度对钢板剪切的长度进行补偿，提高剪切的准确性。剪机每完成一次剪切后，长度输出值就恢复为零。 压紧夹具： 有九个可单独控制的压板，用于在剪切过程中压紧钢板。自动剪切时，工作压板的数量取决于钢板宽度，钢板宽度可从L2得到，在钢板剪切前，相应的压板自动压下，剪切完成后自动提升；手动操作时，选中相应的压板，当按下相关按钮时，相应升高或下降电磁阀得电控制压板的动作。只有当推尾装置缩回、切头剪入口辊道和剪刃驱动机构都停止时，压板才能够下降。升高位置由接近开关指示，下降位置由压力开关指示。 入口压边辊： 切头剪前面有四个入口压边辊。当这些辊下降时，就接触到喂料辊，形成一个辅助夹送辊，辅助钢板尾段进入剪机。每一个压边辊的上升和下降是由四个单独的液压缸作用下完成的。当切头停止时，操作工可以手动选择压边辊，也可根据L2钢板的数据自动选择压边辊。每一个压边辊的升高位置由接近开关探测，接近开关用于指示位置并与剪切过程联锁。 出口压边辊： 有两个出口压边辊，位于摆动辊道上方第三个辊子上。当出口压边辊降低的时候，可以辅助剪切机对钢板进行定位。每个出口压边辊的上升和下降都由两个单独的液压缸控制。在切头剪停机的情况下，操作工可以选择单独操作辊子，也可以选择同时操作两个辊子。当剪切完成之后，操作工可根据要求把两个出口压边辊降低。每一个压边辊的升高位置由接近开关探测，接近开关用于指示并与剪切过程连锁。降低位置由压力开关探测。 推尾装置： 推尾装置用于把剪切的钢板尾部推到废料运输装置上。推尾装置由四个液压缸控制，其中两个液压缸控制升降，另外两个液压缸控制伸缩，通过升降和伸缩共同完成切尾的推出工作。在开始剪切之前，推尾装置必须缩回并升高由接近开关检测到位信号。推尾装置可以通过四个发光按钮控制：RAISE/LOWER/PUSH/RETRACT（上升∕下降∕推出∕缩回），按下其中的一个按钮，推尾装置就会移到相应的极限位置，当到达其极限位置，相关按钮就变亮。 剪机除经由激光划线装置发现钢板镰刀弯需要对钢板进行人工干预进行定尺分段外的所有动作都可以自动完成。 5.故障诊断与处理   考虑到系统的完整性和安全性，必须对生产过程中可能出现的异常情况及时地诊断与处理。    HMI故障报警栏列出故障信息，故障报警功能块循环扫描并采集各种需要监控的数据，当设备出现故障或工艺参数异常时，立即对故障报警信号进行分类，并将之发送至程序调度，由调度中心根据预先设定好的程序控制策略，调用各类自定义报警处理块FB或FC，并且向操作人员发出级别不同的报警信息，以催促操作人员尽快排除故障。当设备正常后，报警信号自动解除，有些报警信息需要操作员手动进行复位。HMI系统画面上还列出各个系统的运行的前提条件、检测信号的状态、选择信号的状态和连锁信号等。在剪切前观察各系统的前提条件是否满足，若有一个条件蓝色指示没有亮，此系统将不能运行。 6. 结束语    切头分段剪是宽厚板轧机工程中的一个重要组成部分，07年5月份调试完成交由生产班使用以来，已完成数万吨各种规格的钢板的剪切，且剪切质量良好。L2物料跟踪传输过来的数据传给L1，L1自动化系统对数据进行处理，分解到剪机的各个小的系统中，自动完成调整、设置和剪切，并自动输送给双边剪。AC450 PLC以及ACS800变频装置运行稳定可靠，故障率低。