高线高速区飞剪剪刃位置控制方法.pdf
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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、。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
7、。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
8、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
9、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
10、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
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