唐钢高强汽车板镀锌生产线圆盘剪自动化控制系统

赵晓曦

（唐山钢铁集团微尔自动化有限公司，唐山063000）



唐钢高强汽车板镀锌生产线圆盘剪自动化控制系统

赵晓曦

（唐山钢铁集团微尔自动化有限公司，唐山063000）

摘要：介绍唐钢高强汽车板镀锌生产线圆盘剪自动化控制系统。随着汽车市场的不断发展，市场对冷轧镀锌卷品质要求越来越高，圆盘剪的切边工序是影响带钢质量的重要一环。本文在研究影响圆盘剪切边质量的因素的基础上，对控制系统软硬件进行优化设计和编程，以期达到高精度的宽度控制、保证产品质量的目的。

关键词：圆盘剪自动化控制系统刀隙重叠量PLC

本套设备为引进ANDRITZ的产品。设计剪切宽度为600～1600mm，带钢厚度0.2～2.5mm，屈服强度280～1200MPa，最大剪切速度650m/min。控制系统自主集成，一级控制器选用西门子S7-400系类PLC，传动系统则采用西门子S-120系类变频器。圆盘剪主要包括切边剪、碎边剪、磨边机三大部分。切边剪的传动侧和操作侧各有两个刀头，通过调整每个刀头的刀隙间距（GAP）和重叠量（LAP）以适应不同厚度的带钢切边需求。每侧的两个刀头一用一备，可以通过旋转互换位置。带钢焊接月牙停止在圆盘剪中心后，由变频电机带动两侧的刀头进刀，从而实现不同宽度的带钢切边需求。碎边剪与切边剪同步进刀，使切下的废边进入碎边剪的导引槽，剪碎后由皮带运走。带钢的切边起始位置到达磨边机时，磨边机上辊压下，去除带钢边部毛刺。

1 设计方案

高精度的定位对圆盘剪控制是不可或缺的，控制精度直接影响切边效果及产品质量。控制系统硬件设计上选用了西门子S7-400 PLC，分布式I/O，共2个ET-200站，2个现场操作箱，2个操作屏。采用Profibus-DP通讯接口连接各远程站，再经光纤传送至主控PLC，以便满足设备的定位及控制需求。控制系统的结构图如图1所示。

图1 控制系统结构图

2 功能技术研发实现

（1）切边剪刀隙调整。刀隙是两个圆盘之间的横向间隙。调整刀隙到适合的值，以便适应不同厚度的带钢切边，这对保证带钢的切边质量非常关键。一旦选取不当或定位不精确，都将导致出现毛边等产品质量问题。刀隙和带钢厚度的关系如图2所示。

图2 刀隙值和带钢厚度关系

刀隙（GAP）调整控制精度要求在0.005mm内。设备由交流电机驱动，高精度编码器完成位置检测，从而保证控制精度。在PLC中，两个输出点分别对应刀隙调整的两个方向，命令输出给MCC，输出点为1时动作，输出点为0时停止。

（2）剪刃重叠量调整。剪刃重叠量调整控制精度要求在0.05mm，由交流变频电机驱动，传动采用西门子S-120系列变频器。选用高精度编码器完成位置检测。PLC程序中，通过PID调整实现速度控制，从而实现精确位置控制。PLC硬件设置如图3所示。

（3）宽度调整定位。宽度调整控制精度要求在0.1mm，由交流变频电机驱动，高精度编码器完成位置检测。宽度调整要求实际宽度在允许的精度范围内，并且其实际值大于等于设定值，以保证带钢成品的宽度。

程序中，当实际值小于设定值时，直接将设定值作为控制目标；当实际值大于设定值时，先将设定值加5mm作为控制目标，待实际值到达这个值后，再将设定值作为控制目标，从而保证电机总是朝同一个方向停止，以消除齿轮齿条的间隙误差，同时保证实际值大于等于设定值。

（4）碎边剪和磨边机控制。碎边剪主要动作为宽度调整，其驱动方式和控制方式与切边剪相同。自动顺序控制时，跟随切边剪同步进行宽度定位，切下来的碎边由皮带传送装置运走。磨边机的宽度调整装置由常速电机驱动，装有接近开关现场检测两个磨辊的极限位置，压下气缸驱动磨辊打开或压下。

图3 硬件设置

（5）自动顺序控制。自动控制程序由GRAPH功能图编程实现。剪切设定值由二级下发，也可由操作工在HMI画面上手动输入。当带钢焊接月牙停在切边剪中心，且二级设定切边模式与上一次设定不同时，自动控制程序将自动启动，完成切边剪的定位操作。自动控顺序控制分三种情况：第一种情况是直接进刀时序，第二种情况是换刀头时序，第三种情况是退刀时序。

进刀时序：剪刃锁定板打开；剪刃刀隙值和重叠量打开到打开位；切边剪宽度调整到设定宽度；剪刃刀隙值和重叠量调整到设定值；剪刃锁定板锁定。

换刀头时序：剪刃锁定板打开；剪刃刀隙值和重叠量打开到打开位；切边剪宽度调整到换刀头宽度；旋转台液压锁打开；旋转换刀头；旋转台液压锁锁定。

退刀时序：剪刃锁定板打开；剪刃刀隙值和重叠量打开到打开位；切边剪宽度调整到退出宽度；剪刃锁定板锁定。如图4所示。

图4 自动控制时序

3 结论

系统投入运行以来，控制精度高，稳定可靠，功能完善，监控操作灵活方便，产品的各项指标均达到设计要求。通过这次自主编程调试，我们对圆盘剪控制系统有了更深掌握，更为以后的项目提供了成功经验。

参考文献

［1］中冶南方工程技术有限公司.Electro-Mechanical Functional Description（EMF）of side trimmer Equipment［S］.武汉：中冶南方工程技术有限公司，2013.

Tangshan High Strength Automobile Sheet Galvanizing Production Line Automation Control System of Disc Shear

ZHAO Xiaoxi
（Tangshan iron and Steel Group viooo Automation Ltd, Tangshan 063000）

Abstract:This paper introduces the automatic control system of automobile plate of high strength steel galvanizing production line of disc shear. With the continuous development of the automotive market, the market is more and more high quality requirements of cold rolled galvanized coil, the cutting edge of the disc shear is an important part of the quality of the strip. In this paper, based on the study of the factors affecting the quality of the disc shear edge, the optimization design and programming of the control system software and hardware are carried out, which can achieve the purpose of controlling the width and ensuring the quality of products.

Key words:disc shear, automatic control system, knife gap, overlap, PLC