如何提高飞剪的剪切精度

如何提高飞剪的剪切精度

飞剪的主要作用是对粗轧后带坯不规则的头部和尾部进行剪切。剪切的精度对带坯的成功卷取至关重要，直接影响到产品的合格率。但飞剪的控制受外界条件影响较大，有时会发生切不到头或切大头的现象，直接造成废钢。针对此种情况我们对飞剪的设备及程序进行了一系列的研究分析，采取有效措施提高飞剪的剪切精度。

1. 控制对象及控制任务

1.1. 飞剪的本体设备

飞剪的主体设备包括：飞剪电机及转鼓。飞剪机械结构属于转鼓式飞剪，由安装在同一个转鼓座里的两个转鼓组成。在转鼓上安装有两对剪刃，两队剪刃差90°，前剪刃为切尾剪刃，后剪刃为切头剪刃。两台直流电机串联后通过减速箱驱动上、下两个转鼓，一台编码器用于飞剪电机测速，一台编码器用于剪刃位置检测，一个接近开关用于停车位置检测，一个抱闸用于停车位置控制。 1.2. 飞剪的辅助设备

飞剪的辅助设备包括：溜槽门的打开和关闭，飞剪剪刃调整液压马达等。 1.3. 飞剪的控制任务

飞剪的控制任务主要包括飞剪本体的控制，飞剪辅助设备的逻辑控制，剪前侧导板的位置控制，飞剪前辊道控制及高压水的除鳞控制。

2. 控制系统的硬件构成

2.1. 硬件构成

飞剪控制系统有L301 柜1 台，操作台CTC11 1 台，操作箱CXC11 1台。 L301采用S7-400 PLC，包括以下模板：PS407电源模板，CPU模板，CP443工业以太网通讯模板，PROFIBUS-DP网通讯模板，2块FM450高速计数器模板，8路模拟量输入模板，32点数字量输入模板，32点数字量输出模板。

远程站操作台ET200M包括模板如下：PS307电源模板，IM153接口模板，SM338位置输入模板，3块16点数字量输入模板，2块16点数字量输出模板。

第 1 页 共 7 页

如何提高飞剪的剪切精度

2.2. 通讯网络

主柜L301与远程站操作台CTC11通过PROFIBUS-DP 电缆进行连接，飞剪机旁操作箱通过硬线同CTC11 直接相连。PLC 间通过以太网进行通讯。PLC 与传动装置之间通过ROFIBUS 网通讯。

硬件配置图如下：

名 称ABCDEFGHJKLMNPPSCPU订 货 号6ES7 407-0KA01-0AA06ES7 414-2XG03-0AB06GK7 443-1EX11-OXE06ES7 467-5GJ02-0AB06ES7 450-1AP00-0AE06ES7 432-1HF00-0AB06ES7 421-1BL01-0AA06ES7 422-1BL00-0AA0PS407CPUETHFM1FM2AOMDIM编程器DOMETHDPFMAODIDPUR1Profibus-DP(远程站)Profibus-DP(传动)DO以太网飞剪远程站(CTC11)ABCDEFGH名 称IM153RACK 1订 货 号6ES7 153-1AA03-0XB06ES7 338-4BC00-0AB06ES7 321-1BH01-0AA06ES7 322-1BH00-0AA0PS307IM153DIM1DIM2DIM3DOM1DOM2SMSMDIDORACK 1S2 ONCBP2A2B2A1B1S2 OffCBP2A2B2A1B1S2 OffCBP2A2B2A1B1S2 OffCBP2A2B2A1B1S2 OffCBP2A2B2A1B1S2 OffCBP2A2B2A1B1

3. 控制系统的主要软件设计

飞剪的操作在主控操作台、HMI 和就地操作箱完成。通过操作台、就地操作箱上选择开关共同完成就地/主控切换。可实现正反向点动、手动切头切尾、自动切头切尾等功能。 3.1. 正反向点动

在就地操作箱、主操作台上均可实现飞剪的点动功能。通过点动开关，飞剪按照预先设定速度完成正、反向点动动作。主要用于设备检修，剪刃位置调整等。 3.2. 手动剪切

手动剪切功能在主控操作台完成。就地/主控选择开关切换到主控，操作方

第 2 页 共 7 页

如何提高飞剪的剪切精度

式选择在手动，即切换到手动剪切方式。 3.2.1. 手动切头

在手动剪切方式下，操作人员按一下“手动切头”按钮，飞剪完成一次手动切头动作：飞剪从停车位加速到〔PLC 软件设定的速度＋超前速度〕，并保持这个速度完成剪切后返回到停车位。 3.2.2. 手动切尾

在手动剪切方式下，操作人员按一下“手动切尾”按钮，飞剪完成一次手动切尾动作：飞剪从停车位加速到〔PLC 软件设定的速度－滞后速度〕，并保持这个速度完成剪切后返回到停车位。 3.3. .自动剪切

当就地箱、主控台的就地/主控选择开关都切换到主控，主控台操作方式选择在自动，即切换到自动剪切方式。在自动剪切方式下，带坯头尾剪切长度由操作员设定，轧件检测元件（热金属检测器）检测带坯位置，PLC 根据位置信号及头尾剪切长度，起动飞剪以相应的速度完成对中间坯头尾的自动剪切。

飞剪夹送辊301302除鳞辊带钢运行方向切头1111切尾 3.3.1. 自动切头

在飞剪的入口侧，装有两个热金属检测器HMD301、HMD302，用于检测带坯的位置。头部剪切时，HMD301 检得时开始对夹送辊的速度进行测量，

第 3 页 共 7 页

如何提高飞剪的剪切精度

HMD302 检得时开始启动剪切定时器，定时时间到则开始剪切。

若带坯头部的速度为Vb，头部剪切的超前率为h，则飞剪的剪切速度VC为

VC=（1+h）Vb （1）

当带坯头部到达B 时，PLC 程序中的“剪切定时器”开始计时。“剪切定时器”是一个可预置的定时器，预置的时间T 是带坯头部到达C 点的时间Tb与剪刃从停车点到达剪切点的时间TC之差。故：

T= Tb- TC （2） Tb=（Lh+ Lr）/ Vb （3） Tc=（S / Vc）+（Vc / 2a） （4）

这里，Lh为操作员设定的头部剪切长度；Lr 为HMD302到剪切点的距离；S 为剪刃从停车点到剪切点的弧长；a 为转鼓的加速度。

当收到剪切启动命令后，自动定位程序开始运行，正向剪切时，运行目标值为 450°，目标值与实际位置反馈值进行比较，当两者之差大于150°时，切头设定速度作为最终速度输出；若两者之差小于150°时，则开始减速进行剪切，若此差在定位死区之内，转鼓速度为0，进入反爬阶段，运行目标值为360°，判断实际位置反馈值与目标值进行比较，当两者之差大于50°时，切头设定速度作为最终速度输出；若两者之差小于50°时，则开始减速进行定位，若此差在定位死区之内，接近开关信号到，则此次头部剪切过程结束，飞剪停车位指示灯亮。

头部剪切完成后，自动定位程序开始对转鼓进行定位，使切尾剪刃进入准备好位置，等待切尾操作。 3.3.2. 自动切尾

若带坯尾部的速度为Vb’，尾部剪切的滞后率为L,则飞剪的剪切速度Vc’为

Vc’=（1-L）Vb’ （5）

当带坯尾部达到C1时,PLC 程序中的“剪切计时器”开始计时。此时的预置时间T 是带坯尾部到达C1点的时间Tb’与剪刃到达剪切点的时间Tc’之差。故：

第 4 页 共 7 页

如何提高飞剪的剪切精度

T= Tb’- Tc’ （6） Tb’=（Lr- Lt）/Vb’ （7） Tc’=（S/ Vc’）+（Vc’/2a） （8） 这里，Lt为操作员设定的尾部剪切长度。

尾部剪切完成后，自动启动定位程序进行转鼓定位，使切头剪刃进入准备好位置，为下一次头部剪切做好准备。完成一次头尾剪切即为一个剪切周期。

4. 调试中出现的主要问题及解决方案

4.1. 自动剪切未完成定位情况下切换到手动状态时操作手动切头或切尾，飞剪无动作。 4.1.1. 原因：为了避免操作过程中误操作手动切头或手动切尾多次，程序中规定

若在定位过程中手动切头切尾无效。所以若未达到停车位时切换到手动，此时的操作一律无效。

4.1.2. 措施1：增加了手自动切换功能块，此功能块能够完成即使在上述情况下

操作了按钮，仍不立即执行手动，而是完成定位运行后手动操作命令有效，而且可以保证在定位过程中即使数次操作切头、切尾，也只是执行一次。 4.1.3. 措施2：通过画面上操作剪刃定位，即可无条件的实现剪刃定位，找到停

车位置，进而进行下一步的操作。

4.2. 自动剪切未完成定位情况下切换到手动状态时操作正向点动或反向点动，飞剪无动作。 4.2.1. 原因：在原程序中点动速度与手动剪切速度同时送给了一个变量，且手动

剪切速度为变量的最终值，如上一个现象分析在此种情况下手动剪切无效，则送给传动的量始终为0，故飞剪不动作。

4.2.2. 措施：将正向点动、反向点动变量作为手动剪切的复位信号，即操作点动

时手动剪切速度传给变量的使能为0，最终将点动速度传送给传动。 4.3. CPU模板报内部故障

4.3.1. 原因：查CPU模板信息为BCD码转换错误，进而查到为高压水除鳞控制

及前后夹送辊控制功能块中延时时间计算出错。原程序中的延时时间计算使能信号为常1，而延时时间均通过距离除以剪前辊道速度。这就造成若飞剪前辊道速度为零，计算出的速度即为无穷大。

第 5 页 共 7 页

如何提高飞剪的剪切精度

4.3.2. 措施：加上精轧高压水除鳞自动选择信号作为计算延时时间的使能信号。

在选择自动的情况下剪前辊道的速度不会是0，即避免了上述情况。 4.4. 飞剪切大头

4.4.1. 现象：一般在停轧一段时间后再生产，第一块钢容易出现切大头现象。 4.4.2. 原因：热检检测不准确，发生闪动或测位置编码器计数发生故障，累加计

数，在转车前未清零。

4.4.3. 措施：编码器清零除了原程序中采用定位完成信号或从HMI画面上选择

编码器清零选项对编码器进行清零外，现在在程序中增加选择手动或自动操作时就首先对编码器进行清零。对于热检检测信号有闪动情况，现利用风机在旁进行吹扫，避免水汽的干扰影响。修改完后未发生切大头现象。 4.5. 飞剪在剪切过程中跳闸

4.5.1. 现象：飞剪正常切头后未能定位进行反爬停车，而是继续旋转进而切尾剪

刃、切头剪刃再次剪切。

4.5.2. 过程：再次送电后传动装置6RA70报测速器故障，将编码器的接线拆掉，

控制从速度环改为电压环后送电正常。相反，再从电压环改为速度环，接上编码器后合闸即刻跳闸，判断编码器坏。 4.5.3. 措施：将编码器及编码器线缆更换后恢复正常。 4.6. 在热卷箱采取直通方式时容易发生切小头、切大尾情况。

4.6.1. 原因：剪切速度通过HMD301和HMD302之间的距离除以两个热检上升

沿（对于切尾为两个热检的下降沿）到来的时间差，当热卷箱采取直通方式时，带坯的运行速度较卷取方式下快，从而检测到两个热检的时间差较卷取方式时间短，故在直通方式下速度较快。将热卷箱采取直通方式和卷取方式下记录现场实际数据如下： 切尾速切头速度 度（mm/s） （mm/s) 1181.507 821.4286 11.655 821.4286 卷取方11.655 825.35 式 1197.917 825.35 1206.294 821.4286 HMD301与HMD302上升沿来到的时间差(s) 2.92 2.9 2.9 2.88 2.86 第 6 页 共 7 页

HMD301与HMD302下降沿来到的时间差(s) 4.2 4.2 4.18 4.18 4.2 如何提高飞剪的剪切精度

1268.382 1268.382 直通方1268.382 式 1268.382 1268.382 997.1098 997.1098 1002.907 1002.907 997.1098 2.72 2.72 2.72 2.72 2.72 3.46 3.46 3.44 3.44 3.46 4.6.2. 措施：从热卷箱PLC中传送一个“热卷箱采取直通方式”信号，若采取

卷取方式就直接将计算的速度作为剪切速度，若采取直通方式则将计算的速度除以1.05作为剪切速度。通过处理后现在的剪切精度基本满足。

5. 飞剪维护注意事项

5.1. 注意观察剪刃的停车位置是否正确，切头剪刃停在水平的位置，切尾剪刃停在垂直位置。 5.2. 经常检查停车位接近开关是否有松动情况，经常对接近开关加以紧固。 5.3. 加强对码盘的维护检查工作。

5.4. 若在以后的工作中重新下装程序，最好DB块不进行下装；否则DB块下

装后一定通知操作工将画面的设定和选项恢复。

6. 结语

通过这一段时间的调试工作，结合出现的不同情况及时进行分析，与专家共同探讨解决方案，解决了飞剪切不到头或切大头的现象，剪切长度满足工艺要求。经过上述一系列技改，未因为飞剪的剪切原因废钢，提高了产品的合格率。

第 7 页 共 7 页