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

    二、系統配置

    2.1 硬件配置及功能

    （1）AOS500操作員站采用HP_UX 工作站，并配備一個實時加速器板和連接到MasterBus 300的冗余接口，根據需要可安裝多種軟件，通過它操作人員可直接對現場設備進行監控。主要功能包括：

    （2）畫面選擇通過HP鍵盤或示蹤球選擇畫面。

    （3）對象控制對所選對象直接進行手動控制，如電機的啟停、電磁閥或比例閥的動作等。   

    （4）事件與報警對電機、液壓泵、傳動系統的整流器等的工作狀態進行記錄和報警，必要時可打印。

    2.2 編程軟件介紹

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

    (1) 結構化程序設計。

    (2) 功能強大。為了與專用模板通訊和其它特定功能，PC元素中還有相當多的特殊元素，如POSR_H1(讀定位模板DSDP140B)、POSW_H1(寫定位模板DSDP140B)、CLCK_H1(初始化脈沖計數模板DSDP150)、START_H1(啟動脈沖計數模板DSDP150)、COM_CVI1(讀傳動系統數據)、COM_CVO1(通訊到傳動系統)等，軟件系統與硬件系統緊密結合，功能強大。

    三、定尺剪切原理及其算法
   
    3．1 剪切原理

    冷剪作為實現定尺剪切的主要設備，在軋鋼生產現中起著重要的作用。冷剪包括下列設備:主傳動裝置、入口擋板、剪刃推出裝置、廢料筐翻板。剪切是由一對剪刃完成的, 它們由兩臺直流電機通過一個齒輪減速機驅動。剪刃安裝在擺動臂系統上, 此系統由另一直流電機驅動. 每臺電機的控制運行都是有編碼器完成的，碎斷剪的編碼器通過軟聯接連接到電機軸上，這樣冷剪在運行過程中，編碼器隨時跟蹤電機旋轉的位置，即檢測剪刃位置，擺剪的編碼器通過皮帶聯接連接在擺剪電機軸上，用來檢測擺動位置。
   
    主要工藝設備布置如圖1 所示。

    圖1 連續剪切線工藝設備

    （注：●表示磁輥；□表示磁性指；■表示磁性成組小車；§表示成組傳送鏈；）表示提取小車；CMD為光電管，CMD1～CMD4到冷剪剪刃的距離依次為Ｌd1、Ｌd2、Ｌd3、Ｌd4）上剪刃由兩臺直流電機通過齒輪減速機驅動，下剪刃固定。擺動架也由一臺直流電機驅動。剪刃和擺動架分別由一個增量型編碼器來檢測位置。可剪切運動的和靜止的軋件（此時擺動架不工作），擺動架到達垂直位置時進行剪切。剪子由直流電機控制，電機軸上有一個編碼器用于速度調節時的速度反饋。在PLC系統中有一塊專用定位模板DSDP140B用于剪刃定位，一塊高精度計數模板DSDP150與DSDP140B板相連，用于啟動剪刃。定位模板DSDP140B把作用時間送到數字量輸入模板DSDI110參與控制。剪切控制通過通訊模板DSCS131通訊給DCV700系統來控制電機，由電機驅動剪子動作，實現控制功能。控制原理圖見下圖：

圖2 控制原理圖

    3. 2 剪切算法      
   
    3.2.1 切頭

    （1）如果在操作站畫面上選擇了切頭功能，則當CMD2檢測到頭部信號后，啟動PC元素LINT-H1(長度積算器)進行長度計算。LINT-H1要正常工作，必須設定其初始值Ｌ0（WF注：Ｌ0應為在CMD2與系統反應延遲的時間里鋼坯滑過的長度）和設定點Ｌ設。切頭時，Ｌ0＝V×(T0＋(T1－T2))，L設=Ｌh＋Ｌd2。              
   
    上式中：V為產品速度, T0為光電管及DI模板的延遲時間補償(一般設定為11ms),T1為CMD2頭部信號生成時的時間(下文類似, 分別為相應CMD頭部信號的生成時間),T2為LINT-H1 被執行時的系統時間, Ｌh為操作站設定的切頭長度. （WF注：切頭計算以CMD2為準，而始終以剪切位置為計算基準）
   
    當積算長度Ｌ積為L設－V×Tfp〉Ｌ積〉L設－V×(Tfp＋Tw)時, 生成一個預置時間Tps和一個預置脈沖, （WF注：預置脈沖應為啟動計時的脈沖） Tps=（L設－Ｌ積 ）/V－Tfp。（WF注：此公式中，除了Tps為未知量外，其余均應為常數，Ｌ積為符合某一特定條件的積算長度）Tfp為擺動架從起始位加速到剪切位所需時間, 稱為作用時間; Tw稱為報警時間, 這里取常數300ms.
   
    將預置脈沖和預置時間作為PC元素START-H1的輸入, 該元素將Tps送入DSDP150計數器板, 并由預置脈沖啟動計時,計時到后給DSDP140B 板發一啟動信號, 擺動架開始由起始位置加速. 上述生成的預置脈沖同時對剪刃控制有效, 控制剪刃動作的預置時間為Tps＝（L設－Ｌ積 ）/V－Tfk，Tfk 為剪刃的作用時間。擺動架和剪刃相繼動作，完成切頭過程。

    3.2.2 定尺剪切

    定尺剪切時, 需要根據設定的定尺長度L設確定由剪子后面的哪一個CMD 來檢測頭部信號, 啟動長度積算運算. 當6m≤L設<10m時, 使用CMD3檢測, 此時長度積算器的初始值Ｌ0＝Ｌd3＋V×(T0＋(T1－T2)); 當Ｌ設≥10m時, 使用CMD4檢測,此時Ｌ0＝Ｌd4＋V×(T0＋(T1－T2))。生成預置脈沖和預置時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間DI信號由1到0為啟動脈沖,啟動第二次剪切的長度計算. 此時, 第二次剪切的軋件組的頭部恰在剪刃位置,故Ｌ0為0. 如此進行下去, 直至剩余長度小于定尺長度, 進行尾部處理. （WF注：定尺計算以CMD3或CMD4為準）

    3.2.3 速度補償

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

    3.2.4 尾部跟蹤與處理

    當CMD1檢測到軋件組尾部信號后, 讀取定尺剪切長度積算器的積算長度Ｌ積。若此時有預置脈沖發出, 說明延遲預置時間后要進行剪切, 故剩余長度Ｌ余為Ｌd1－（L設－Ｌ積），否則Ｌ余＝Ｌd1＋Ｌ積. 由于該生產線定尺長度是6m到12m, 結合各CMD與剪子間的實際距離, 可得到仍需定尺剪切的次數. 設I和R分別為 Ｌ余/L設的商和余數, 則I代表尚需定尺剪切的次數(0≤I≤2), R代表不足定尺的尾部長度(0≤R<Ｌ設), 尾部長度送操作員站顯示.
   
    定尺剪切完畢后, 大于3m的短尺被送往短尺收集區. 由于剪子前面的輥子A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、結束語
   
    冷剪能剪螺紋鋼、圓鋼、角鋼、彈簧扁鋼、槽鋼等，對于正常的生產運行和提高軋材成材率都起到了關鍵的作用，整個冷剪系統的硬件設備及其運行原理是比較復雜的，只有熟練掌握，才能做到有的放矢，快速準確的解決突發故障，為生產維護提供幫助。