摘 要：詳細(xì)講述了多倍尺自動剪切技術(shù)的硬件構(gòu)架和設(shè)計(jì)原理，及其在實(shí)踐中的應(yīng)用情況。自動化技術(shù)集中，操作簡單，設(shè)備故障率低。 關(guān)鍵詞：自動剪切 變頻控制 多倍尺 Abstract: This article introduced that the hardware truss and design theory of the Automatic cutting in the Multilength Steel plate， And the application of practical.centralized control automation，simple operating instruction，low-pitched equipment error rate. Keywords: Automatic cutting 、 frequency control 、many length 一、 濟(jì)鋼鋼板精整剪切線設(shè)備分析 　　在目前全國軋鋼行業(yè)中，絕大多數(shù)精整線剪切系統(tǒng)，都采用斜切剪和橫切剪分別剪切鋼板四邊，設(shè)備分散重復(fù)，技術(shù)比較落后，增加了生產(chǎn)線長度與人力資本的投入，在剪切鋼板的規(guī)格上也受到限制，生產(chǎn)效率也相對落后，已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在的生產(chǎn)節(jié)奏。濟(jì)鋼中板廠經(jīng)過反復(fù)論證，決定增加一套精整線系統(tǒng)，以解決老精整線過鋼量低、剪切質(zhì)量不高等問題。其中新精整線的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)即為多倍尺自動剪切，其優(yōu)點(diǎn)是能夠一次性自動剪切多塊鋼板，相互之間不受干擾，每塊鋼板到達(dá)其設(shè)定長度后能夠自動的進(jìn)行剪切操作，不須人為的干預(yù)。每塊鋼板的長度也可以按客戶訂單要求直接輸入，簡單方便。 二、 多倍尺自動剪切技術(shù)總體構(gòu)架思想 　　多倍尺自動剪切技術(shù)大體分為以下幾個(gè)部分：檢測部分、網(wǎng)絡(luò)部分、傳動控制部分、上位機(jī)數(shù)據(jù)輸入和顯示部分?，F(xiàn)場的檢測元件通過設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連入控制系統(tǒng)，需要剪切的鋼板數(shù)據(jù)通過上位機(jī)輸入之后，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)入控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來控制傳動設(shè)備的速度，同時(shí)上位機(jī)也即時(shí)的跟蹤目前鋼板通過的長度、反饋傳動設(shè)備的速度和鋼板當(dāng)前位置，方便操作人員進(jìn)行生產(chǎn)跟蹤。檢測部分采用具有精確周長的測量輥和編碼器來進(jìn)行測量，當(dāng)鋼板和測量輥之間無滑動時(shí)，編碼器脈沖數(shù)精確反映板長，并根據(jù)鋼板設(shè)定剪切長度自動控制剪切機(jī)的啟動。為彌補(bǔ)機(jī)械設(shè)備剪切鋼板的局限性，采用前后兩個(gè)測量輥通過萬向接軸分別連接兩個(gè)編碼器進(jìn)行長度的檢測，傳動控制部分根據(jù)鋼板的長度自動進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，最后達(dá)到精確剪切的要求。 三、 多倍尺自動剪切技術(shù)應(yīng)用介紹 　　3.1剪切技術(shù)工藝要求 　　1） 各種鋼板的剪切厚度都應(yīng)滿足剪機(jī)剪切力的要求。用同一剪機(jī)剪切不同鋼種的鋼板的最大厚度，可用以下公式換算： 　　 　　式中 ——設(shè)計(jì)剪切板的抗拉強(qiáng)度; 　　——設(shè)計(jì)剪切板的最大厚度; 　　——準(zhǔn)備剪切板的抗拉強(qiáng)度; 　　——準(zhǔn)備剪切板的最大厚度。 　　2） 剪切鋼板時(shí)應(yīng)避開蘭脆溫度。一般鋼板的蘭脆溫度為300℃左右; 　　3） 需帶溫剪切的鋼板，應(yīng)搶溫剪切，以免剪裂; 　　4） 在剪切鋼板的第一邊時(shí)，應(yīng)以剪直為主要要求，剪切第二邊時(shí)，應(yīng)以長度精度為主要要求; 　　5） 避免兩塊鋼板重疊剪切，鋼板兩邊的剪切量應(yīng)盡量一致; 　　6） 定寬、定長剪應(yīng)裝設(shè)低溫測溫儀，以補(bǔ)償收縮量。其簡易計(jì)算公式為： 　　收縮量﹙mm﹚=溫度值（以百度計(jì)）×長或?qū)挘╩） 　　3.2剪切技術(shù)控制系統(tǒng)原理 　　1） 控制系統(tǒng)硬件組成 　　現(xiàn)場鋼板長度的數(shù)據(jù)采集使用德國Turck公司的9080系列絕對值編碼器，此類編碼器支持設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)通訊，并且在編碼器上直接提供設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)接口，DeviceNet設(shè)備網(wǎng)是采用CAN總線協(xié)議的典型的設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)，配置和數(shù)據(jù)采集的網(wǎng)絡(luò)化簡單，并且它是一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有很好的兼容性能。所以根據(jù)實(shí)際情況，現(xiàn)場編碼器和CPU采用了 DeviceNet通訊方案。其具體實(shí)現(xiàn)如下：在Controllogix控制站機(jī)架的插槽上增加一塊1756-DNB通訊模塊，通過通訊電纜1485-P1-A500將相關(guān)的編碼器串接在一起，最終接到控制器的1756-DNB通訊模塊上。通過Controllogix系統(tǒng)對編碼器進(jìn)行組態(tài)和通訊，完成控制器對鋼板長度的數(shù)據(jù)采集。 　　由于新精整線自動化系統(tǒng)中使用的變頻器較多，并且都是參與生產(chǎn)過程控制閉環(huán)調(diào)節(jié)的。變頻器的運(yùn)行狀態(tài)及起停命令及其頻率給定都是通過控制中心（PLC）來下達(dá)。同時(shí)變頻器安裝的物理位置比較集中（統(tǒng)一在一個(gè)電氣控制室內(nèi)）。如果通過硬線（一個(gè)變頻器最少要5根電纜）完成變頻器與控制器之間的信號聯(lián)系將有很多缺點(diǎn)和不足：需要大量的施工材料并加大施工的工程量，生產(chǎn)之后帶來的設(shè)備維護(hù)量大，控制站獲得的信息量小，對變頻器的狀態(tài)監(jiān)視能力減弱;在信號的長距離傳輸時(shí)，惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境會對信號產(chǎn)生干擾，進(jìn)而會影響到變頻器的穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠運(yùn)行?？紤]到以上幾種因素，網(wǎng)絡(luò)采用Control Net網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是一種高性能的工業(yè)局域網(wǎng)，具有開放性、高效率、多功能、確定性和可重復(fù)性、靈活性等特點(diǎn)，并具有強(qiáng)大方便的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，診斷功能及可靠性。該方式不僅節(jié)省了模擬量、數(shù)字量信號電纜，并且實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字通訊，充分發(fā)揮了控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，最終實(shí)現(xiàn)了對控制站對變頻器的智能化監(jiān)控。自動化系統(tǒng)控制器采用的是ROCKWELL公司的Controllogix系統(tǒng)。變頻器采用的是 1336-FORCE磁場定向控制高性能型變頻器。在Controllogix控制站機(jī)架的插槽上加入一塊1756-CNB/D通訊模塊，在每臺變頻器上都加入一塊1203-CN1通訊模塊。通過同軸通訊電纜將相關(guān)的變頻器1203-CN1通訊模塊串接在一起，最終接到相關(guān)控制器的1756-CNB/D通訊模塊上。通過Controllogix系統(tǒng)對變頻器進(jìn)行組態(tài)和通訊，完成控制器對變頻器的速度和轉(zhuǎn)矩控制。 　　上位機(jī)采用的是EtherNet/IP 工業(yè)以太網(wǎng)，它是世界范圍內(nèi)廣為接受的以太網(wǎng)技術(shù) ，生產(chǎn)者/消費(fèi)者（Producer / Consumer）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持在同一鏈路上完整實(shí)現(xiàn)設(shè)備組態(tài)（configure）、實(shí)時(shí)控制（control）、信息采集（collect）等全部網(wǎng)絡(luò)功能。上位機(jī)系統(tǒng)包括操作臺站2臺PC、監(jiān)控站1臺PC（用于監(jiān)控變頻器狀態(tài)及故障報(bào)警等），考慮到網(wǎng)絡(luò)速度和性能等方面原因，選用了Rockwell的 PC ,它有占操作臺空間小，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)時(shí)只需在Controllogix控制站機(jī)架的插槽上加入一塊1756-ENB/A通訊模塊，通過以太網(wǎng)通訊電纜將3臺電腦整合在一個(gè)路由器上，最終接到控制器的1756-ENB/A通訊模塊上，完成控制器和上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換。 　　多倍尺自動剪切技術(shù)硬件組態(tài)圖如下： 　　2） 控制系統(tǒng)軟件組成 　　多倍尺剪切技術(shù)系統(tǒng)控制思想，是通過編碼器檢測目前鋼板通過的長度反饋回CPU，控制中心和所需剪切的長度數(shù)據(jù)相比較，對目前變頻傳動進(jìn)行速度的控制與補(bǔ)償。主要程序控制設(shè)計(jì)如下圖： 　　其中M表示夾送輥及擺動輥道電機(jī)，每個(gè)電機(jī)都附帶增量式編碼器以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，此設(shè)計(jì)方式還可以使用T（Limit）數(shù)據(jù)塊來滿足工藝需要（提高或降低生產(chǎn)線過鋼速度） 　　控制系統(tǒng)軟件部分采用ROCKWELL公司的RSNetworx for Controlnet、 RSNetworx for Devicenet、RSNetworx for Ethernet三大網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件，硬件連接好之后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，使得相互之間的數(shù)據(jù)可以正常的相互訪問和調(diào)用，控制系統(tǒng)中心采用RSLogix5000進(jìn)行梯形圖和功能塊的編寫，把編碼器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析處理、計(jì)算之后轉(zhuǎn)換為速度和轉(zhuǎn)矩變量傳給變頻器。 　　剪切設(shè)備要運(yùn)行需要一些輔助設(shè)備動作指令，比如說測量輪的抬起與落下、加送輥的抬起與落下等等，可以通過RSLogix 5000編程軟件內(nèi)采用梯形圖來控制動作順序，與功能塊程序相輔相成，來共同完成整塊鋼板的精確剪切。 　　上位機(jī)界面的制作采用ROCKWELL軟件包中的RSView Studio界面制作軟件，進(jìn)入到RSView Studio軟件界面，即可按需要進(jìn)行編輯,在新建的工程文件中即可進(jìn)行上位機(jī)界面的制作。在多倍尺自動剪切技術(shù)中上位機(jī)起一個(gè)輸入與輸出終端的作用，剪切數(shù)據(jù)從界面中輸入、同時(shí)界面中也反饋出當(dāng)前各個(gè)編碼器檢測回來的鋼板長度，傳動設(shè)備的速度等一些關(guān)鍵性參數(shù)。在上位機(jī)中的鋼板數(shù)據(jù)輸入窗口，操作人員可以在此界面上進(jìn)行單倍尺、多倍尺、取樣三種剪切模式的設(shè)置和數(shù)據(jù)輸入，即在當(dāng)前剪切數(shù)據(jù)當(dāng)中刀數(shù)只有1刀即為單倍尺，超過2刀即為多倍尺。取樣模式為刀數(shù)超過2刀，其中至少一刀數(shù)據(jù)少于80MM。數(shù)據(jù)的輸入也很簡單，從鍵盤輸入即可，也可以用鼠標(biāo)雙擊要輸入數(shù)據(jù)的位置會彈出一軟鍵盤，從中也可以輸入，相對應(yīng)的上下箭頭可以選擇剪切模式（有取樣、剪切、傳送3種模式），輸入完成后，只需點(diǎn)擊數(shù)據(jù)提取按鈕即可（操作界面如下圖所示）。所以操作人員很容易進(jìn)行操作模式的控制，大大減少了勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)上位機(jī)還可以監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況，如果發(fā)生故障時(shí)在上位機(jī)中也可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警和故障代碼，方便維護(hù)人員進(jìn)行檢查維護(hù)。 四、 結(jié)束語 　　多倍尺自動剪切技術(shù)在應(yīng)用中解決的工藝和技術(shù)難題： 　　1） 實(shí)現(xiàn)了把現(xiàn)場重要設(shè)備建立網(wǎng)絡(luò)并和變頻器、上位機(jī)整合成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，減少了電氣設(shè)備成本和故障率; 　　2） 解決了人為因素對剪切、劃線、取樣等影響鋼板剪切質(zhì)量的問題; 　　3） 實(shí)現(xiàn)了在操作臺自動控制生產(chǎn)設(shè)備，節(jié)省了大量的人力資源; 　　4） 采用集中控制鋼板剪切，解決了生產(chǎn)線分散、設(shè)備繁多等問題。 　　濟(jì)鋼中板廠多倍尺自動剪切技術(shù)的應(yīng)用,自2006年5月投入運(yùn)行至今，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，其控制功能完全滿足了精整剪切工藝需求。這一技術(shù)的成功應(yīng)用，標(biāo)志著精整剪切系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)了全自動化。該技術(shù)的應(yīng)用在國內(nèi)甚至國際上尚屬首例，是老式精整剪切系統(tǒng)改造的重大突破。為今后精整剪切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用改造，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。