江阴兴澄特种钢铁有限公司 江苏江阴 214400
摘要：本轧钢厂在2006年开始了棒材线二期工程，建立了两条棒材生产线，其中小棒生产线引入了当时最先进的轧钢生产线，使用了KOCKS轧机组，同年完成热调试，使得轧钢厂综合实力大幅度提升。本文主要讲述了生产线中使用的飞剪设备，介绍飞剪的原理和相关的电气知识，同时也分享了本人作为电气工程师在飞剪项目中的一些改进和创新，请同行多多指导。
关键词：飞剪、控制原理、电气知识
1飞剪控制要点
小棒生产线引入的飞剪是回转式飞剪，主要原因是小棒生产线的生产速度较快，并且钢坯轧件的断面面积较小。使用回转式飞剪可以确保剪切精度，同时该飞剪使用了启停式制动方式，相对于传统的机械离合器式制动方式，启停式制动方式不会受到电磁阀响应速度、机械离合器制动器摩擦片的磨损、气缸控制延时等因素的干扰，确保了剪切精度。
飞剪在小棒生产线的主要任务是对钢坯切头、切尾、异常时的钢坯切断，所以飞剪运行一共有三种模式：定尺剪头模式、定尺剪尾模式、事故连续断钢模式，由于小棒生产线的速度较快，飞剪需要满足一下几个条件才能够完成剪切任务：（1）飞剪的剪刃的水平速度应该等于或稍大于钢坯的辊道运送速度。（2）飞剪的剪刃运行一圈后仍然回到原始位置。（3）飞剪的剪刃与钢坯端部平行。
飞剪的精确控制直接影响了钢坯定尺的精度，一旦控制发生失效，就会造成飞剪的误动，一旦失控，很容易造成以下情况：（1）钢坯头部弯曲后顶住辊道侧板造成钢坯冷条。（2）钢坯直接撞击到飞剪剪刃上造成飞剪设备的损坏。所以飞剪的精确控制一直是本钢厂研究的重要课题之一。
2飞剪位置检测与反馈
飞剪的整个运动流程为启动加速至稍大于钢坯运行速度，以匀速对钢坯进行剪切，剪切后进入制动区域，停止在原始位置四个过程。根据这四个区域过程，需要在程序中设置三个速度标志位置，分别为：剪切标志位、剪切完毕标志位、飞剪原位。为了更加精确的确定飞剪在整个过程中运行的状态，确保飞剪能够每一次都返回到原位，在设计时，考虑了以下几种方案，也是但是比较流行的检测位置方式，一种是安装在剪刃轴端的电子式凸轮限位开关，该限位开关分布在圆周上面，凸轮跟随着剪刃轴端转动，到达对应位置后，对于的触点接通，输入到PLC，用这样的方法对飞剪的相应位置进行检测，确定飞剪运行的三个速度标志点位。另一种是使用绝对值式编码器，使用码盘与飞剪剪刃轴相连接，通过角度的读取判断出飞剪的位置，本轧钢厂使用的是绝对值式编码器检测，电子式凸轮限位开关触点由于使用到机械式结构，长时间高强度运行很容易造成机械结构的磨损，导致触点无法接通，造成飞剪系统失控，电子式凸轮限位开关接线较为复杂，不同厂家的接线引出线颜色不同，需要检测后对应接入，当抢修时很容易依照之前接线方式接入，造成开关量的混乱，增量型编码器控制稳定，没有触点机械滑动式损耗，其次结构接线简单很容易维护，所以故障率较低。
3飞剪的控制原理
由于轧制钢坯尺寸的不同，造成辊道速度需要与轧制线速度相互匹配，对于飞剪而言，需要和钢坯辊道运行速度进行匹配，这样才能在高速生产的同时对钢坯进行同步性剪切，所以需要对辊道的实时速度进行相关检测，在飞剪前入口辊道电机处增加脉冲式编码器，同时飞剪操作室操作人员在HMI画面上设置剪头数据或者剪尾数据，在飞剪入口辊道处设置热金属检测仪，用于判断钢坯轧件的位置检测，同时也是脉冲编码器脉冲数据的计数开始信号，通过热检信号开始脉冲计数，完成了以下脉冲数据的测量：热检至飞剪剪切位置编码器脉冲数T1、飞剪剪切启动时间编码器脉冲数T2、剪头长度位置编码器脉冲数T3、剪尾长度位置编码器脉冲数T4、钢坯长度对应的编码器数据T5（通过轧辊后辊道的热检信号作为启动信号测量而出，通过一整根钢长度，热检信号上升沿测量脉冲，热检信号下降沿停止测量脉冲，脉冲数据放入到中间变量中做比较数据）。在程序中建立对比数据块，通过编码器脉冲数据的对比来建立相应的控制，比如启动飞剪的比较脉冲数是T剪头启动=T1+T3-T2，启动飞剪剪尾的比较脉冲数T剪尾启动=T5-T2-T4。
4飞剪控制中问题处理经验分享与改进
飞剪在测试过程中出现了以下相关问题：（1）控制系统的滞后问题导致的剪切定尺偏差。（2）控制系统中启动信号误信号导致的失控问题。（3）编码器丢脉冲导致的剪切定尺偏差。
控制系统的滞后问题，主要原因是飞剪PLC与主生产线PLC通讯是通过以太网方式连接，主生产线PLC检测输入信号时，每一个块都有相对应的扫描周期，这就造成了生产线飞剪启动信号热检检测信号反馈的延时，同时飞剪PLC与主生产线PLC通讯中有延时，这就造成信号延时严重，虽然在程序中做了延时补偿，但是不能达到精确控制的要求。为了更好的对飞剪进行精准控制，消除延时带来的误差，现在在飞剪PLC中增加输入模块，把主生产线的启动信号热检接入到飞剪的模块中，不再通过两个PLC通讯进行信号的传递，并且在飞剪PLC中做扫描时间补偿，这样确保了对飞剪设备的精确控制。
控制系统中启动信号误信号导致的失控问题，由于生产线环境较为恶劣，高温辐射、水汽冲击、钢渣飞溅等使得热金属检测仪很容易产生误信号，间接的触发了飞剪启动运行信号，导致了钢坯被直接飞剪剪切断，造成了钢坯的误剪。为此在设立一个热检的同时，对面设立另一个热检，钢坯通过时，相互校验，当两个热检信号中丢失一个热检，就触发检测故障位，不触发飞剪启动信号，操作工在下线冷床区域对此段钢坯进行操作切割，同时操作人员通过监控探头根据钢坯位置判断查看到热检信号哪个是正常信号热检（有红钢在热检处没有信号的热检判为故障热检，没有红钢在热检处有信号的热检判为故障热检，信号闪烁热检判断为故障热检），通过人机交互界面对正确热检信号进行勾选，确保钢坯飞剪动作启动信号正常，等轧机更换规格时对故障热检进行检查和测试，从而保证飞剪功能的正常。
编码器丢失脉冲导致的剪切定尺偏差问题，编码器丢失脉冲很容易造成剪切定尺的偏差，而且此类问题很难找到，一般都会认为是机械结构中间隙、松动和积灰卡顿等问题造成的，直接造成了钢坯定尺的批量事故。为了确保编码器的正常运行，在每季度对编码器脉冲情况进行检测，通过示波器读取脉冲，与正常时的数据波形进行对比，以此判断脉冲数据是否正确，若有偏差需要对编码器进行及时的更换，确保钢坯定尺的准确性。
5结束语
通过对飞剪相关的电气知识的梳理，让我对飞剪的控制原理等有了更加深入的了解，同时对控制问题的处理，懂得了如何正好的处理此类问题的方法。飞剪在生产线扮演着重要的角色，其控制精度直接影响着钢坯成品质量，其功能完善直接影响着生产线的生产效率，所以一定要加强平时的点检维护工作，这样才能保证飞剪设备的稳定运行。
参考文献：
（1）刘玠，孙一康，王京.冶金过程自动化技术丛书[M].北京：冶金工业出版社，2006.
（2）秦晓平，杜志强，张威，等.一种基于 T400 的飞剪自动控制系统[C].第十一届全国自动化应用学术技术交流会，北京，2006.
（3）中国冶金建设协会.钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2000.