胡俊文

（山西云時代太鋼信息自動化技術有限公司，山西 太原 030006）

橫切飛剪主要應用于冶金行業(yè)需要快速剪切并且剪切材料連續(xù)運行的生產(chǎn)過程中，在保證金屬連續(xù)剪切長度精度的前提下，提高生產(chǎn)效率，避免因非連續(xù)生產(chǎn)造成的各種缺陷，控制上比普通定尺剪切要復雜，需要較快的控制器運算速度和較高的檢測設備元件精度，其控制步驟多而且復雜。

某鋼廠熱連軋橫切飛剪系統(tǒng)運行現(xiàn)狀無法滿足現(xiàn)有產(chǎn)品的生產(chǎn)速度和剪切厚度要求，并且在運行過程中存在較多問題：

1）橫切機組設計剪切能力（厚度）：碳鋼≤25.4 mm不銹鋼≤20 mm。目前生產(chǎn)要求剪切厚度25 mm的不銹鋼，超過設備設計能力，造成控制剪切伺服電機過負荷運行，頻繁報警電機過載。

2）目前橫切機組下壓剪切鋼板時出現(xiàn)異響和抖動現(xiàn)象，維護人員分析造成設備故障的原因是剪切25 mm不銹鋼板時伺服電機驅動的液壓裝置受損。

3）生產(chǎn)要求對設備進行改造，實現(xiàn)25 mm不銹鋼板自動剪切功能。

4）生產(chǎn)速度無法滿足現(xiàn)階段生產(chǎn)需求，現(xiàn)最高速度25 m/min，需提升到35 m/min以上。

1 控制系統(tǒng)設計優(yōu)化

針對具體生產(chǎn)需求，對系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。飛剪平移由4個大功率伺服電機驅動，控制難點有負載大，慣性大，對4個電機的同步性要求高，在電機短距離（2 m）運動過程中，要經(jīng)過加速、勻速、減速、反向運動等過程，需要解決過程中電機抖動，同步等問題。通過對程序進行控制優(yōu)化，達到提升速度目的。原飛剪裝置中的剪切部分將原來的驅動側和操作側的液壓閥芯伺服電機取消，改為全新設計液壓系統(tǒng)進行同步位置控制（見圖1）?？刂破鞑捎昧κ繕愤\動控制器及伺服液壓驅動單元，專用于液壓控制系統(tǒng)，有精度高，可靠性強的特點。

圖1 飛剪系統(tǒng)工藝

2 功能設計與實施

2.1 控制系統(tǒng)設計

橫切飛剪為一整套電氣伺服驅動控制和液壓系統(tǒng)控制為一體的解決方案系統(tǒng)。飛剪傳動輥道的所有移動動作都是由伺服電機驅動，飛剪剪刃的所有移動動作都是液壓油缸驅動，這保證了長度公差，不咬板而且切面平滑，延長了所有部件的使用壽命并增加了整條線的可靠性。

2.2 系統(tǒng)硬件組成

1）液壓同步運動控制器（IndraMotion XM22）。本系統(tǒng)采用了博世力士樂最新的液壓同步運動控制器IndraMotionXM22。IndraMotion XM22將同類最佳的流體動力控制技術集成到自動化控制平臺內(nèi)。在設備的調(diào)試和操作方面，并不需要流體動力學的精深知識,就可以達到微米級的準確性定位加工機器，以滿足大多數(shù)的準確性要求。IndraMotion XM22可用于控制電子傳動、液壓傳動和混合傳動。

2）電氣伺服驅動。包含6臺飛剪傳動伺服驅動IndraDrive和6臺伺服電機IndraDyn。

3）液壓系統(tǒng)控制包含2組飛剪剪刃油缸和2組伺服閥及控制閥塊。飛剪剪刃油缸由2組大直徑液壓缸組成，可以滿足高強度和高厚度鋼板板材的剪切需求；伺服閥可以實現(xiàn)高動態(tài)響應的切換，滿足剪切快速性需求。

4）液壓系統(tǒng)動力站1套及蓄能器等。

IndraMotion XM22液壓同步運動控制器與飛剪傳動伺服驅動之間采用最先進的全數(shù)字式SERCOS III工業(yè)以太網(wǎng)通訊，100 M的通訊速率確保到位裁切信號和裁切完成信號在系統(tǒng)中迅速傳送。同時同步控制兩根飛剪剪刃的液壓油缸的位置同步（見圖2）。

圖2 橫切飛剪系統(tǒng)改造電控系統(tǒng)方案網(wǎng)絡拓撲圖

XM22控制器外配Profibus DP-Salve功能模塊，通過DP總線完成和整條線的主控制器S7-400通訊，以方便控制及參數(shù)設置、操作。

2.3 系統(tǒng)控制原理設計

飛剪在鋼帶輥道勻速前進的同時，需要配合測量輪在鋼帶前進固定距離時，在短時間內(nèi)加速到相同速度，然后相對靜止進行切割，然后減速，再加速返回（見圖3），整個過程要控制平穩(wěn)，防止質量慣性造成4個平移電機瞬時不同步，造成抖動危險。過程中步驟多，控制復雜。

圖3 橫切飛剪運動控制過程

為了完成控制功能，從原程序中解析出整個控制步驟，構建控制原理圖（見圖4），同時為更好調(diào)試程序，設計調(diào)試用面板，可以進行單步驟調(diào)試，多步驟斷點調(diào)試，關鍵數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能。

圖4 飛剪運行控制原理圖

通過算法及參數(shù)校驗，確定剪切原點、測量輪與運行的配合，以及剪切過程中長度測量數(shù)據(jù)與飛剪位置數(shù)據(jù)的相互校對和補償設計。

3 系統(tǒng)應用效果

通過此次項目實施，有效提升橫切飛剪系統(tǒng)整體運行能力。

1）提升生產(chǎn)效率。產(chǎn)線生產(chǎn)速度從25 m/min,提升到最高40 m/min，有效提升生產(chǎn)效率。

2）更優(yōu)的工作方式。增強邊緣計算技術，減輕主站的運算負荷。

3）產(chǎn)品精度高。剪切力有效提升，兩缸同步下壓，行程200 mm以內(nèi)，所需要的時間小于等于0.8 s，同步精度要求1 mm以內(nèi)。單個油缸最大負載不超過250 t，可以生產(chǎn)8 mm以上產(chǎn)品，符合生產(chǎn)要求。

4）飛剪控制系統(tǒng)作為子系統(tǒng)接入連軋廠橫切機組系統(tǒng)中，一體化集中監(jiān)控，降低用戶勞動強度。