1.簡(jiǎn)介
　　我廠安裝的是一套高速線材生產(chǎn)線，在粗中軋機(jī)之間配有一臺(tái)飛剪。其工作是否正常，將對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生很大的影響。主要功能就是根據(jù)工藝的要求，對(duì)行進(jìn)中的軋件進(jìn)行切頭和切尾，并在事故狀況下對(duì)軋件進(jìn)行碎斷剪切。該飛剪是離合器制動(dòng)器式，有4片(兩對(duì))剪刃，剪刃中心距630mm,寬度180mm。機(jī)械裝置傳動(dòng)比為7.6:l，由獨(dú)立的潤(rùn)滑泵供油，最大剪切截面2450mm2,剪切軋件最低溫度900℃，剪刃線速度0.8—4.8m／s,軋件速度0.7—4.2m／s，切頭尾長(zhǎng)度200mm，碎斷長(zhǎng)度989mm。由一臺(tái)60kW直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速1400rpm。其動(dòng)作過程為：當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出剪切命令時(shí)，制動(dòng)器打開，離合器吸合，剪刃離開零位，開始運(yùn)動(dòng)，剪切軋件，當(dāng)剪刃到達(dá)停止位時(shí)，離合器釋放，制動(dòng)器動(dòng)作。最后剪刃停止在零位，為下一次剪切作準(zhǔn)備。

2.飛剪控制系統(tǒng)的構(gòu)成
　　飛剪控制系統(tǒng)原理如圖1所示。

　　其剪切動(dòng)作由一臺(tái)SIEMENS S5-135UPLC控制，上位機(jī)與PLC S5—135U之間采用SINEC H1工業(yè)以太網(wǎng)連接，主要完成功能：切頭，切尾和碎斷。
　　 PLC硬件配置：CPU 928B板、高速計(jì)數(shù)板IP242A，以及一定數(shù)量的數(shù)字量輸入／輸出模板，模擬量輸入／輸出板和SINEC HI通訊卡CPl43。
　　其中高速計(jì)數(shù)板在剪刃位置的控制中起到了關(guān)鍵作用。該計(jì)數(shù)板為一智能模板，可不依賴CPU928B而獨(dú)立運(yùn)行，它共有7個(gè)計(jì)數(shù)通道。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，通過CPU軟件，可根據(jù)需要分別設(shè)置成不同的計(jì)數(shù)方式。另外，在其內(nèi)部還提供了1MHz的計(jì)數(shù)脈沖，可用于測(cè)量每個(gè)程序周期的循環(huán)時(shí)間，進(jìn)行軋件的跟蹤計(jì)算。
　　在剪刃軸上，裝有一編碼器，用于檢測(cè)剪刃的實(shí)際位置。
　　機(jī)旁操作箱上裝有一些測(cè)試按鈕和信號(hào)指示燈，如剪切測(cè)試按鈕、定位按鈕、EMG按鈕及信號(hào)燈。
　　通過上位機(jī)PT75(準(zhǔn)備終端)對(duì)剪切參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，包括切頭使能、切頭長(zhǎng)度、切尾使能、切尾長(zhǎng)度、軋件速度修正使能及預(yù)設(shè)定修正系數(shù)。這些數(shù)據(jù)通過SINEC H1網(wǎng)送到PLC中。另外，有關(guān)的剪切狀態(tài)數(shù)據(jù)送回顯示，如剪切后剪刃的實(shí)際停止位和剪切速度。在操作終端OT75相關(guān)的顯示畫面上，可通過顏色的變化來(lái)反映飛剪的工作狀態(tài)是否正常，包括編碼器的脈沖計(jì)數(shù)狀態(tài)等。還可以點(diǎn)擊相應(yīng)的圖標(biāo)，發(fā)出試剪切命令。

3 飛剪控制原理
　　根據(jù)軋件的速度、設(shè)定的剪切長(zhǎng)度以及飛剪的動(dòng)作特性數(shù)據(jù)，控制飛剪的起停。本飛剪為雙剪刃，每次剪切，剪刃轉(zhuǎn)過180度。飛剪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度基準(zhǔn)由速度控制系統(tǒng)給出，并隨軋線一起級(jí)聯(lián)變化。
3．1 軋件的跟蹤
　　經(jīng)過飛剪的軋件速度是由軋線速度控制系統(tǒng)根據(jù)CV50飛剪上游機(jī)架電機(jī)光電碼盤檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速信號(hào)，結(jié)合該機(jī)架的減速箱傳動(dòng)比及軋輥的工作輥徑計(jì)算得出，經(jīng)轉(zhuǎn)換通過16位開關(guān)量輸出、一路頻率與速度相關(guān)的脈沖信號(hào)以及一路0-10V的模擬量信號(hào)送往CV50剪切控制PLC系統(tǒng)。在那里可根據(jù)需要決定選擇使用那個(gè)速度基準(zhǔn)。這樣給系統(tǒng)的組織帶來(lái)了一定的靈活性，且在某一路信號(hào)故障時(shí)，可由PLC內(nèi)部程序判斷并自動(dòng)切換使用另一路信號(hào)。通過高速計(jì)數(shù)器，對(duì)其內(nèi)部提供的1MHz頻率的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并實(shí)時(shí)讀取計(jì)數(shù)值，可獲得控制程序在每個(gè)周期的循環(huán)時(shí)間，結(jié)合修正后的軋件速度，就能得到每個(gè)程序循環(huán)周期內(nèi)軋件在飛剪區(qū)域的行程。根據(jù)飛剪前的熱金屬檢測(cè)器HMD的檢測(cè)信號(hào)，就可以對(duì)軋件的頭尾進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。
3．2 軋件的剪切控制
　　通過對(duì)軋件進(jìn)行精確跟蹤，根據(jù)軋線上安裝的HMD信號(hào)及剪切長(zhǎng)度設(shè)定值，啟動(dòng)飛剪剪切（見圖2）

1)當(dāng)飛剪前的熱金屬檢測(cè)器測(cè)量到軋件頭部信號(hào)時(shí)，記下此刻的軋件跟蹤計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值，以后將該值與軋件計(jì)數(shù)器值相比較，就能得到軋件頭部到HMD的距離S，當(dāng)S=L－A+H時(shí)，開始啟動(dòng)切頭動(dòng)作，制動(dòng)器離合器線圈得電。其中：L為HMD到剪刃交叉點(diǎn)的距離。A為切頭時(shí)，剪刃從啟動(dòng)點(diǎn)到交叉點(diǎn)時(shí)，軋件所走過的距離(即剪切提前量)。H為設(shè)定的切頭長(zhǎng)度。
2)當(dāng)HMD檢測(cè)到軋件尾部信號(hào)時(shí)，對(duì)軋件尾部離開HMD的距離進(jìn)行跟蹤計(jì)數(shù)(方法同切頭)。當(dāng)計(jì)數(shù)值S=L－A－T 時(shí)，開始啟動(dòng)切尾動(dòng)作。其中：T為設(shè)定的切尾長(zhǎng)度。A為切尾提前量。
　　剪切命令發(fā)出后，通過一輸出驅(qū)動(dòng)裝置，將動(dòng)作命令分成兩部分，首先使制動(dòng)器電磁閥的線圈得電，斷開制動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)裝置上設(shè)定的延時(shí)后，離合器電磁閥線圈得電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)剪刃運(yùn)動(dòng)，在剪刃交叉位剪切軋件。當(dāng)剪刃到達(dá)制動(dòng)起始位時(shí)，剪切控制輸出關(guān)閉，經(jīng)驅(qū)動(dòng)裝置，離合器先失電，經(jīng)延時(shí)，制動(dòng)器失電，制動(dòng)投入，最后剪刃停在零位，等待下次剪切。
　　為提高剪切精度，需對(duì)每次剪切的提前量A進(jìn)行實(shí)測(cè)，即計(jì)算在剪切命令發(fā)出后，從剪刃零位到剪刃交叉期間，軋件走過的距離。為防止偶然的計(jì)數(shù)誤差帶來(lái)的影響，可將最近若干次的測(cè)量值取平均；同時(shí)還要考慮程序運(yùn)行周期對(duì)剪刃交叉點(diǎn)檢測(cè)造成的誤差，并進(jìn)行補(bǔ)償。
　　在切頭、切尾時(shí)，還需考慮剪刃在停止位的零位偏差。由于每次剪刃的停止后并不一定正好在零位上。這樣，在進(jìn)行頭尾剪切計(jì)算時(shí)，要對(duì)相應(yīng)的剪切提前量A進(jìn)行修正，以便獲得準(zhǔn)確的剪切長(zhǎng)度。
　　由于不同軋制速度下，機(jī)械裝置的慣性不同，停止過程所需的制動(dòng)距離也就不一樣，速度越快，所需的制動(dòng)角度也就越大。為使剪切后，剪刃能準(zhǔn)確停在零位，在切頭、切尾時(shí)需對(duì)制動(dòng)角度進(jìn)行測(cè)量，即根據(jù)剪刃軸上編碼器的脈沖計(jì)數(shù)值，得到從離合器制動(dòng)器電磁閥線圈斷電到剪刃完全停止時(shí)剪刃轉(zhuǎn)過的角度，取最近若干次切頭、切尾制動(dòng)中測(cè)量的平均值，作為下一次切頭、切尾時(shí)的制動(dòng)角。

4 控制功能說明
　　尋找零位：初始程序啟動(dòng)，零位找尋工作必不可少，由于編碼器安裝時(shí)，其零位脈沖的不確定性，在系統(tǒng)啟動(dòng)后，須確定該編碼器的計(jì)數(shù)零點(diǎn)時(shí)剪刃位置與機(jī)械零點(diǎn)間的相對(duì)偏差，否則無(wú)法根據(jù)編碼器的計(jì)數(shù)值來(lái)獲得剪刃的物理位置，也就無(wú)法對(duì)飛剪進(jìn)行控制。具體過程為：系統(tǒng)啟動(dòng)后，在機(jī)旁操作箱上按下點(diǎn)動(dòng)開關(guān)，使飛剪以點(diǎn)動(dòng)速度緩慢地旋轉(zhuǎn)兩圈以上，然后按下箱內(nèi)的一個(gè)按鈕，并至少保持5秒以上(目的是防止意外誤操作)，然后松開按鈕即可。轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈主要是檢測(cè)計(jì)數(shù)板及編碼器工作是否正常。
　　由于從軋線速度控制系統(tǒng)送來(lái)的軋件速度信號(hào)，僅是系統(tǒng)根據(jù)CV50前一機(jī)架電機(jī)速度反饋值，結(jié)合機(jī)械的減速比和軋輥的輥徑計(jì)算得出，而隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，軋輥在
不斷磨損，工作輥徑的尺寸也在發(fā)生變化，計(jì)算速度難免與實(shí)際軋件速度間存在偏差。為提高剪切精度，有必要對(duì)軋件的實(shí)際速度進(jìn)行實(shí)測(cè)，以便對(duì)用于跟蹤的軋件速度進(jìn)行修正。測(cè)量方法如下：測(cè)量軋件頭部從飛剪前HMD到飛剪后HMD(若切頭功能投入，則為從剪刃交叉點(diǎn)到飛剪后HMD)的理論計(jì)數(shù)距離，將它與實(shí)際距離相比較，即可得到一速度修正系數(shù)。且該測(cè)量在每根軋件的頭部進(jìn)行，并對(duì)這一系數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)修正：
(N*K+Ki)／(N+1)－－->K
　　其中N為測(cè)量次數(shù)(設(shè)有最大限值)，Ki為本次測(cè)量值。該功能可在上位機(jī)上根據(jù)需要選擇投用。
　　值得一提的是它的狀態(tài)和故障診斷功能，通過CPU的編程接口，配合外部安裝在編程器或PC機(jī)上的專用診斷軟件，可以觀察到程序內(nèi)部與剪切有關(guān)的重要狀態(tài)信號(hào)的變化時(shí)序，可根據(jù)需要編制監(jiān)測(cè)狀態(tài)的清單(可以是輸入輸出信號(hào)，標(biāo)志位或計(jì)時(shí)器的狀態(tài))，發(fā)送到CPU，程序在每個(gè)循環(huán)的最后，檢測(cè)這些信號(hào)的狀態(tài)有無(wú)發(fā)生變化，如有變化，則把其變化后的狀態(tài)及本周期的時(shí)間計(jì)數(shù)器值依次存入緩沖狀態(tài)數(shù)據(jù)塊，由CPU送往PC機(jī)，在屏幕上顯示出來(lái)，并存入預(yù)先設(shè)置的文件中。這一功能對(duì)故障的排查很有幫助，特別是那些偶發(fā)性的故障。它可以連續(xù)監(jiān)測(cè)，在故障發(fā)生后，通過打開存儲(chǔ)狀態(tài)變化的文本文件，根據(jù)故障發(fā)生的時(shí)間，檢查該時(shí)間區(qū)段內(nèi)各檢測(cè)信號(hào)的狀態(tài)有無(wú)異常，以確定故障原因。

5 程序結(jié)構(gòu)
　　啟動(dòng)塊：創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊，并將數(shù)據(jù)拷貝至工作DB-RAM中；計(jì)數(shù)卡進(jìn)行初始設(shè)置、啟動(dòng)計(jì)數(shù)器：SINECH1網(wǎng)絡(luò)的初始化；重計(jì)算有關(guān)的剪切參數(shù)，并拷貝到工作DB-RAM中。
　　主循環(huán)程序：檢測(cè)電源及相關(guān)信號(hào)是否正常；對(duì)HMD信號(hào)及編碼器脈沖計(jì)數(shù)器進(jìn)行采集處理，測(cè)量剪刃位置。實(shí)測(cè)軋件速度，并對(duì)軋線速度控制系統(tǒng)送來(lái)的軋件速度信號(hào)進(jìn)行修正。產(chǎn)生剪切命令和事故碎斷命令，控制導(dǎo)槽底板和出口擋板的動(dòng)作。管理信號(hào)及數(shù)據(jù)的輸入輸出。與上位機(jī)、其他PLC之間的通訊處理；剪切循環(huán)的狀態(tài)診斷。

6 使用中出現(xiàn)的問題
　　在實(shí)際運(yùn)行中，切尾曾出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，即尾部的剪切長(zhǎng)度失控，甚至剪不到軋件尾部。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是由于熱金屬檢測(cè)器HMD到飛剪的距離太小，該距離與飛剪的剪切提前量基本接近，這樣即使設(shè)定的切尾長(zhǎng)度很長(zhǎng)，也可能剪不到尾或剪的很短。開始，我們通過提高飛剪電機(jī)速度基準(zhǔn)來(lái)解決，但這樣一來(lái)，雖然能剪到尾部，卻引出另一問題：由于剪切速度與軋件速度不同步，使切頭時(shí)剪切速度超前，產(chǎn)生額外的剪切負(fù)荷，而在切尾時(shí)，常把尾部頂彎，對(duì)設(shè)備造成潛在的危害。后經(jīng)過修改程序，將啟動(dòng)軋件尾部跟蹤的熱檢由飛剪前HMD0改為前一機(jī)架前的HMDl，且將軋件從HMD0到該機(jī)架段的行程折算到以CV50前軋件速度行進(jìn)時(shí)軋件走過的距離(即用CV50前兩個(gè)機(jī)架出口速度的比值乘以HMD0到該機(jī)架的距離)，并把它加到距離L中。修改后，切尾控制正常。
　　離合器制動(dòng)器式飛剪一般適合于剪切斷面較大、剪切速度不高的場(chǎng)合，其剪切定位精度由于受控制氣源、電磁閥、離合器制動(dòng)器摩擦片的影響較大。當(dāng)軋件速度發(fā)生較大變化時(shí)，會(huì)對(duì)剪切長(zhǎng)度產(chǎn)生一定影響，一般要通過幾次試剪來(lái)解決。

7 結(jié)束語(yǔ)
　　用PLC組成的飛剪控制系統(tǒng)，使用器件少，工作穩(wěn)定，故障率低，維護(hù)方便，在實(shí)際生產(chǎn)中有較廣泛的應(yīng)用。