PLC在双边剪控制系统中的应用

2022-09-11

秦皇岛首秦金属材料有限公司轧钢生产线三轴三偏心滚切式双边剪于2006年11月投产。该双边剪工艺技术、设备配置都由德国西马克公司和西门子公司联合设计, 设备先进, 运行可靠, 大大提高了生产作业率。设计剪切钢板厚度尺寸5mm~50mm。根据钢板的厚度, 剪切速度可以认为干预或自动给定, 保证设备安全。钢板剪切步长可以设定为1300、1200、1100mm, 年剪切量120万t。

双边剪设备作为轧钢生产线的主体设备之一, 主要作用就是剪切钢板的纵边, 设备结构主要由剪机本体、入口出口夹送辊、双边剪输入输出辊道、激光划线装置、钢板对中装置、换剪刃装置、碎边运输及收集装置等组成。双边剪最关键的设备是8台 (入口4台、出口4台) 夹送辊, 主要依靠夹送辊来实现钢板的步进动作, 为了保持8台夹送辊同步, 采用了德国VEM公司生产的交流电机, 功率为42kW。同时还应用了西门子公司的传动控制系统。双边剪的主传动由4台380kW的交流电机组成, 其中固定侧和移动侧各2台, 每一侧的2台电机采用变频器控制。固定侧和移动侧夹送辊采用同步轴连接来实现机械的同步, 结构图如图1所示。

轧制好的钢板送至双边剪输入辊道, 通过激光划线装置对钢板切边量进行定位, 人工操作钢板对中装置将钢板对正, 操作工发送二级数据 (钢板数据) 给一级自动化, 钢板进入双边剪本体, 然后夹送辊将钢板夹紧并自动按设定步长剪切钢板, 同时碎边剪开始动作切断板边, 由双边剪废料皮带将板边运走。钢板在剪切过程中, 入口、出口8台夹送辊与辊道同步, 完成步进动作, 自动完成钢板的连续剪切, 剪切完的钢板由剪后辊道送入下一工作区, 双边剪开始剪切下一块钢板 (见图1) 。

1 双边剪控制系统

1.1 双边剪的剪切过程

如图2所示, 以剪切步长1300mm的钢板为例, 钢板在输入辊道上对正位置后, 操作工按下准备剪切按钮, 双边剪输入辊道自动将钢板头送到位置 (1) , 光栅PH2遮光, 入口上夹送辊压紧钢板, 操作工确认后夹送辊运转, 双边剪开始剪切。由辊道物料跟踪计长将钢板送至双边剪本体, 光栅PH3透光 (检测碎边宽度) 。主电机始终处于运行状态, 剪切机构连续运转剪切钢板。入口夹送辊按规定步长1300mm连续送板2次, 光栅PH4遮光, 出口上夹送辊下降压紧钢板, 这时入口、出口夹送辊同步按步长1300mm运行 (见图2) 。

按设定步长切两刀, 由于这时废料还没有到达后夹送辊的位置, 所以废料导轨自动关闭, 托住废料直到废料到达后夹送辊位置, 然后废料导轨打开, 回到原来的位置。夹送辊继续送板, 光栅PH2关闭时, 入口上夹送辊DP/R抬起, 但是仍然保持与后夹送辊同步。光栅PH4关闭时, 出口夹送辊抬起, 双边剪输出辊道将钢板运出剪机, 钢板自动剪切过程完毕。

1.2 双边剪控制系统结构

为了实现双边剪快节奏的自动化剪切功能, 双边剪自动化控制系统选用了德国S I E M E N S公司的P L C控制系统, 采用SIMATIC PCS7系统, 整个系统主要包括二级服务器、WINCC、PLC S7-400、传动变频器系统等。PLC S7-400站与二级服务器之间通过工业以太网 (ethernet) 进行通讯。PLC S7-400与传动变频系统通过PROFIBUS-DP进行通讯。操作台的输入和输出E T-200M, 也是通过PROFIBUS-DP与PLCS7-400进行通讯。另外整个系统设置了剪切线工程师站、PDA系统和打印机, 所需数据可以从S7-400站读取。PDA系统记录整个生产过程, 如果发生设备故障, 可以通过此系统进行分析, 非常方便。整个自动化系统硬件配置见图3。

在PLC自动控制系统中, 主要的检测元件有:光栅、接近开关、温度传感器、压力传感器、编码器和操作按钮等。执行部件有:主电机、夹送辊电机、辊道电机、液压缸、宽度调整机构、剪刃更换机构, 数字显示仪等。其中主电机采用了速度闭环控制和转矩控制方式, 为了实现两侧的同步, 使用了西门子公司的T-400工艺板, 通过编码器来实现两侧的角同步。温度传感器用于检测偏心轴的温度, 防止轴瓦温度过高而损坏。辊道光栅主要功能实现物料跟踪、位置检测等。为了保证双边剪自动剪切的可靠稳定性, 设置了许多联锁控制条件, 如液压和润滑系统正常、碎边运输皮带工作正常、出口上夹送辊在上位、移动机架抱紧、主剪刃间隙调整完成等。这些信号输入PLC中, 决定是否自动剪切或出现急停。为了提高系统的可维护性, 在程序中设置了状态信息指示和故障显示, 如上述联锁信号正常的指示灯和出现故障的指示灯、主剪间隙值、电机的电流和转速的显示等。操作台上设有手动操作按钮, 在自动剪板过程中一旦出现故障, 可以手动操作进行剪切。

在PLC系统内部设置了故障诊断功能, 同时PDA系统实时进行信号采集, 通过分析负载、速度等参数曲线, 为排除设备故障提供依据。当出现故障时系统会发出报警信息, 如果出现严重故障, 整个系统会出现紧急停车, 所有设备停止工作。维护人员可以根据报警记录查找故障点, 另外PLC与操作台上位计算机进行通讯, 技术人员可调出WinCC画面, 从其中也可查出更详细的故障信息。