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    一、概述
   
    萊鋼中小型軋鋼生產(chǎn)線基礎(chǔ)自動(dòng)化采用瑞典ABB公司的控制系統(tǒng)，采用開(kāi)放型集散控制，由兩套MP200/1 過(guò)程站和一套AOS500 操作員站組成。過(guò)程站包括DSPC172處理器板、DSMB176內(nèi)存板以及其它各種I/O 模板和專(zhuān)用模板及其連接單元，過(guò)程站通過(guò)DSCS140通訊模板連接到MasterBus 300總線上，其它如加熱爐區(qū)、軋線區(qū)、冷床區(qū)、精整區(qū)的過(guò)程站也以同樣方式連接到總線上，各站間可進(jìn)行通訊。

    二、系統(tǒng)配置

    2.1 硬件配置及功能

    （1）AOS500操作員站采用HP_UX 工作站，并配備一個(gè)實(shí)時(shí)加速器板和連接到MasterBus 300的冗余接口，根據(jù)需要可安裝多種軟件，通過(guò)它操作人員可直接對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。主要功能包括：

    （2）畫(huà)面選擇通過(guò)HP鍵盤(pán)或示蹤球選擇畫(huà)面。

    （3）對(duì)象控制對(duì)所選對(duì)象直接進(jìn)行手動(dòng)控制，如電機(jī)的啟停、電磁閥或比例閥的動(dòng)作等。   

    （4）事件與報(bào)警對(duì)電機(jī)、液壓泵、傳動(dòng)系統(tǒng)的整流器等的工作狀態(tài)進(jìn)行記錄和報(bào)警，必要時(shí)可打印。

    2.2 編程軟件介紹

    控制程序使用AMPL(ABB MasterPiece Language)編制。該語(yǔ)言承了梯形圖語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，與之相比更有如下特點(diǎn)：

    (1) 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。

    (2) 功能強(qiáng)大。為了與專(zhuān)用模板通訊和其它特定功能，PC元素中還有相當(dāng)多的特殊元素，如POSR_H1(讀定位模板DSDP140B)、POSW_H1(寫(xiě)定位模板DSDP140B)、CLCK_H1(初始化脈沖計(jì)數(shù)模板DSDP150)、START_H1(啟動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)模板DSDP150)、COM_CVI1(讀傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù))、COM_CVO1(通訊到傳動(dòng)系統(tǒng))等，軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)緊密結(jié)合，功能強(qiáng)大。

    三、定尺剪切原理及其算法
   
    3．1 剪切原理

    冷剪作為實(shí)現(xiàn)定尺剪切的主要設(shè)備，在軋鋼生產(chǎn)現(xiàn)中起著重要的作用。冷剪包括下列設(shè)備:主傳動(dòng)裝置、入口擋板、剪刃推出裝置、廢料筐翻板。剪切是由一對(duì)剪刃完成的, 它們由兩臺(tái)直流電機(jī)通過(guò)一個(gè)齒輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)。剪刃安裝在擺動(dòng)臂系統(tǒng)上, 此系統(tǒng)由另一直流電機(jī)驅(qū)動(dòng). 每臺(tái)電機(jī)的控制運(yùn)行都是有編碼器完成的，碎斷剪的編碼器通過(guò)軟聯(lián)接連接到電機(jī)軸上，這樣冷剪在運(yùn)行過(guò)程中，編碼器隨時(shí)跟蹤電機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置，即檢測(cè)剪刃位置，擺剪的編碼器通過(guò)皮帶聯(lián)接連接在擺剪電機(jī)軸上，用來(lái)檢測(cè)擺動(dòng)位置。
   
    主要工藝設(shè)備布置如圖1 所示。

    圖1 連續(xù)剪切線工藝設(shè)備

    （注：●表示磁輥；□表示磁性指；■表示磁性成組小車(chē)；§表示成組傳送鏈；）表示提取小車(chē)；CMD為光電管，CMD1～CMD4到冷剪剪刃的距離依次為Ｌd1、Ｌd2、Ｌd3、Ｌd4）上剪刃由兩臺(tái)直流電機(jī)通過(guò)齒輪減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，下剪刃固定。擺動(dòng)架也由一臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。剪刃和擺動(dòng)架分別由一個(gè)增量型編碼器來(lái)檢測(cè)位置?？杉羟羞\(yùn)動(dòng)的和靜止的軋件（此時(shí)擺動(dòng)架不工作），擺動(dòng)架到達(dá)垂直位置時(shí)進(jìn)行剪切。剪子由直流電機(jī)控制，電機(jī)軸上有一個(gè)編碼器用于速度調(diào)節(jié)時(shí)的速度反饋。在PLC系統(tǒng)中有一塊專(zhuān)用定位模板DSDP140B用于剪刃定位，一塊高精度計(jì)數(shù)模板DSDP150與DSDP140B板相連，用于啟動(dòng)剪刃。定位模板DSDP140B把作用時(shí)間送到數(shù)字量輸入模板DSDI110參與控制。剪切控制通過(guò)通訊模板DSCS131通訊給DCV700系統(tǒng)來(lái)控制電機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)剪子動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)控制功能。控制原理圖見(jiàn)下圖：

圖2 控制原理圖

    3. 2 剪切算法      
   
    3.2.1 切頭

    （1）如果在操作站畫(huà)面上選擇了切頭功能，則當(dāng)CMD2檢測(cè)到頭部信號(hào)后，啟動(dòng)PC元素LINT-H1(長(zhǎng)度積算器)進(jìn)行長(zhǎng)度計(jì)算。LINT-H1要正常工作，必須設(shè)定其初始值Ｌ0（WF注：Ｌ0應(yīng)為在CMD2與系統(tǒng)反應(yīng)延遲的時(shí)間里鋼坯滑過(guò)的長(zhǎng)度）和設(shè)定點(diǎn)Ｌ設(shè)。切頭時(shí)，Ｌ0＝V×(T0＋(T1－T2))，L設(shè)=Ｌh＋Ｌd2。              
   
    上式中：V為產(chǎn)品速度, T0為光電管及DI模板的延遲時(shí)間補(bǔ)償(一般設(shè)定為11ms),T1為CMD2頭部信號(hào)生成時(shí)的時(shí)間(下文類(lèi)似, 分別為相應(yīng)CMD頭部信號(hào)的生成時(shí)間),T2為L(zhǎng)INT-H1 被執(zhí)行時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間, Ｌh為操作站設(shè)定的切頭長(zhǎng)度. （WF注：切頭計(jì)算以CMD2為準(zhǔn)，而始終以剪切位置為計(jì)算基準(zhǔn)）
   
    當(dāng)積算長(zhǎng)度Ｌ積為L(zhǎng)設(shè)－V×Tfp〉Ｌ積〉L設(shè)－V×(Tfp＋Tw)時(shí), 生成一個(gè)預(yù)置時(shí)間Tps和一個(gè)預(yù)置脈沖, （WF注：預(yù)置脈沖應(yīng)為啟動(dòng)計(jì)時(shí)的脈沖） Tps=（L設(shè)－Ｌ積 ）/V－Tfp。（WF注：此公式中，除了Tps為未知量外，其余均應(yīng)為常數(shù)，Ｌ積為符合某一特定條件的積算長(zhǎng)度）Tfp為擺動(dòng)架從起始位加速到剪切位所需時(shí)間, 稱(chēng)為作用時(shí)間; Tw稱(chēng)為報(bào)警時(shí)間, 這里取常數(shù)300ms.
   
    將預(yù)置脈沖和預(yù)置時(shí)間作為PC元素START-H1的輸入, 該元素將Tps送入DSDP150計(jì)數(shù)器板, 并由預(yù)置脈沖啟動(dòng)計(jì)時(shí),計(jì)時(shí)到后給DSDP140B 板發(fā)一啟動(dòng)信號(hào), 擺動(dòng)架開(kāi)始由起始位置加速. 上述生成的預(yù)置脈沖同時(shí)對(duì)剪刃控制有效, 控制剪刃動(dòng)作的預(yù)置時(shí)間為T(mén)ps＝（L設(shè)－Ｌ積 ）/V－Tfk，Tfk 為剪刃的作用時(shí)間。擺動(dòng)架和剪刃相繼動(dòng)作，完成切頭過(guò)程。

    3.2.2 定尺剪切

    定尺剪切時(shí), 需要根據(jù)設(shè)定的定尺長(zhǎng)度L設(shè)確定由剪子后面的哪一個(gè)CMD 來(lái)檢測(cè)頭部信號(hào), 啟動(dòng)長(zhǎng)度積算運(yùn)算. 當(dāng)6m≤L設(shè)<10m時(shí), 使用CMD3檢測(cè), 此時(shí)長(zhǎng)度積算器的初始值Ｌ0＝Ｌd3＋V×(T0＋(T1－T2)); 當(dāng)Ｌ設(shè)≥10m時(shí), 使用CMD4檢測(cè),此時(shí)Ｌ0＝Ｌd4＋V×(T0＋(T1－T2))。生成預(yù)置脈沖和預(yù)置時(shí)間的公式與頭部剪切相同. 第一次剪切完成后, 以第一次剪切的作用時(shí)間DI信號(hào)由1到0為啟動(dòng)脈沖,啟動(dòng)第二次剪切的長(zhǎng)度計(jì)算. 此時(shí), 第二次剪切的軋件組的頭部恰在剪刃位置,故Ｌ0為0. 如此進(jìn)行下去, 直至剩余長(zhǎng)度小于定尺長(zhǎng)度, 進(jìn)行尾部處理. （WF注：定尺計(jì)算以CMD3或CMD4為準(zhǔn)）

    3.2.3 速度補(bǔ)償

    定尺剪切時(shí), 由于產(chǎn)品的設(shè)定速度與實(shí)際速度總會(huì)有一定偏差, 造成長(zhǎng)度計(jì)算不準(zhǔn)確, 從而影響定尺剪切的精度, 故需進(jìn)行速度補(bǔ)償. 如果未選擇切頭功能, 則CMD2檢測(cè)到頭部后開(kāi)始校正系數(shù)k的計(jì)算.當(dāng)6m≤L設(shè)<10m時(shí), CMD3檢測(cè)到頭部后, 讀取積算長(zhǎng)度Ｌ積, 則k＝Ｌ積 /（Ｌd2＋Ｌd3）; 當(dāng)L設(shè)≥10m時(shí), CMD4檢測(cè)到頭部后, k＝Ｌ積 /（Ｌd2＋Ｌd4）. 如果選擇了切頭功能, 則切頭完成后計(jì)算k. 與不切頭時(shí)的兩種情況類(lèi)似, k分別為Ｌ積 /Ｌd3和Ｌ積 /Ｌd4 . 第二次剪切及其以后的速度補(bǔ)償與切頭完成后的公式相同.
   
    按上述公式計(jì)算出k之后, 要進(jìn)行必要的限制處理. 若k≥1.05或k≤0.95,則k取該限制值. k乘以設(shè)定的產(chǎn)品速度, 即得進(jìn)行長(zhǎng)度計(jì)算所需的速度V.。

    3.2.4 尾部跟蹤與處理

    當(dāng)CMD1檢測(cè)到軋件組尾部信號(hào)后, 讀取定尺剪切長(zhǎng)度積算器的積算長(zhǎng)度Ｌ積。若此時(shí)有預(yù)置脈沖發(fā)出, 說(shuō)明延遲預(yù)置時(shí)間后要進(jìn)行剪切, 故剩余長(zhǎng)度Ｌ余為Ｌd1－（L設(shè)－Ｌ積），否則Ｌ余＝Ｌd1＋Ｌ積. 由于該生產(chǎn)線定尺長(zhǎng)度是6m到12m, 結(jié)合各CMD與剪子間的實(shí)際距離, 可得到仍需定尺剪切的次數(shù). 設(shè)I和R分別為 Ｌ余/L設(shè)的商和余數(shù), 則I代表尚需定尺剪切的次數(shù)(0≤I≤2), R代表不足定尺的尾部長(zhǎng)度(0≤R<Ｌ設(shè)), 尾部長(zhǎng)度送操作員站顯示.
   
    定尺剪切完畢后, 大于3m的短尺被送往短尺收集區(qū). 由于剪子前面的輥?zhàn)覣與后面的磁輥B之間的距離為3m, 小于3m的短尺不能移出, 往往卡在剪刃位置,此時(shí)要增加一次短尺剪切, 然后剪子入口的活板落下, 剪切后的短棒掉入下部的廢料收集筐.。

    四、結(jié)束語(yǔ)
   
    冷剪能剪螺紋鋼、圓鋼、角鋼、彈簧扁鋼、槽鋼等，對(duì)于正常的生產(chǎn)運(yùn)行和提高軋材成材率都起到了關(guān)鍵的作用，整個(gè)冷剪系統(tǒng)的硬件設(shè)備及其運(yùn)行原理是比較復(fù)雜的，只有熟練掌握，才能做到有的放矢，快速準(zhǔn)確的解決突發(fā)故障，為生產(chǎn)維護(hù)提供幫助。