维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第３期 宝钢技术 ３３ 施罗曼飞剪的剪切优化控制技术 沈宏杰 （宝钢分公司 热轧厂，上海２００９４１） 摘要：针对宝钢分公司２０５０ｍｍ热轧精整薄板线施罗曼飞剪在生产中经常发生的剪刃撞钢现象，对施罗 曼飞剪ＰＬＣ控制程序进行分析研究后，在飞剪控制电机软件中增加“减速”给定功能，形成了一项防止施罗曼 飞剪在高速生产过程中发生剪切撞钢的优化控制技术，增强了施罗曼飞剪在生产过程中运行的稳定性，减少 因飞剪撞钢而引起的设备损坏和故障处理时间，极大地减少了带钢因剪刃撞钢而造成的废钢损失，从而提高 了机组的钢板成材率。 关键词：施罗曼飞剪；剪刃撞钢；旋转油缸；“减速”给定 中图分类号：ＴＧ３３３．２ １文献标识码：Ｂ文章编号：１００８—０７１６（２００７）０３—００３３—０４ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｓｃｈｎｏｍａｎ Ｆｌｙｉｎｇ Ｃｒａｎｋ Ｓｈｅａｒ Ｓｈｅｎ Ｈｏｎｇ］ｉｅ （Ｈｏｔ Ｓｔｒｉｐ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｐｌａｎｔ，Ｂａｏｓｔｅｅｌ Ｂｒａｎｃｈ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００９４ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｂａｏｓｔｅｅｌ Ｂｒａｎｃｈ ２０５０ｒａｍ ｈｏｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｉｆｎｉｓｈｉｎｇ ｓｈｅｅｔ ｌｉｎｅ，ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ａ ｐｈｅ— ｎｏｍｅｎｏｎ ｔｈａｔ Ｓｃｈｎｏｍａｎ ｆｌｙｉｎｇ ｃｒａｎｋ ｓｈｅａｒ ｗｏｕｌｄ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｃｏｌｌｉｄｅ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｃｈｎｏｍａｎ ｆｌｙｉｎｇ ｃｒａｎｋ ｓｈｅａｒ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ“ｓｐｅｅｄ—ｄｏｗｎ”ｓｅｔｐｏｉｎｔ ｗａｓ ａｄｄｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ＣＦＣ ｓｏｆｔ— ｗａｒｅ，ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｏｒｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｔ ａ ｈｉ曲ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｓｈｅａｒ’Ｓ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｄａｍａｇｅ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｒｅｄｕｃｅ ｓｃｒａｐ ａｍｏｕｎｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ａｎｄ ｉｎ— ｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｃｈｎｏｍａｎ ｆｌｙｉｎｇ ｃｒａｎｋ ｓｈｅａｒ；ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｓｃｈｎｏｍａｎ ｆｌｙｉｎｇ ｃｒａｎｋ ｓｈｅａｒ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｌａｔｅ；ｒｏｔａｔｅｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ；“ｓｐｅｅｄ—ｄｏｗｎ’’ｓｅｔｐｏｉｎｔ ０前言 的钢板而不需停机。因此，在剪切的瞬间，飞剪刀 宝钢分公司２０５０ｍｍ热轧精整有中板 刃除了有垂直的剪切速度外，还应该保持与运动着 （ＨＭ０７．２）和薄板横切机组（ＨＭ０７．１）２套施罗 的钢板相同的横向的同步运动速度，这样，才能保 曼飞剪，其机械部分均由德国ＳＭＳ公司设计制 证钢板的顺利剪下而不致发生飞剪上刀刃与带钢 造。２００３年改造后，薄板横切机组的电气控制部 头部的撞击。表１为施罗曼飞剪的主要技术指标。 分采用德国西门子公司的设备，其中，直流传动系 １．２原长度剪切系统的电气控制原理 统采用６ＲＡ７０整流装置，为全数字式直流传动， 飞剪的倍尺剪切只能保证飞剪剪切某几种特 核心剪切长度控制系统采用Ｓ７—４００ ＰＬＣ＋ 定长度（基本剪切长度的整数倍）的钢板，而对于 ＦＭ４５８快速处理模板来完成过程控制。 任意长度的非倍尺剪切，则必须在两次剪切之间 采用改变夹送辊速度的方法来调节。夹送辊的速 １施罗曼飞剪的控制原理 度是通过主电机速度及调节电机速度的差动减速 １．１施罗曼飞剪的工艺控制原理 装置来合成，即 夹送辊＝ 主电机一 调节电机，且 夹送辊＝ 施罗曼飞剪最大的特点是能根据事先设定的 带钢。在剪切时，既要保证飞剪在剪切位的线速 剪切长度，通过剪刃的曲柄旋转，同步剪切运动着 度与带钢的线速度相等，还必须通过改变夹送辊 的速度来调整剪切的长度，一旦长度调整已经到 沈宏杰高工１９６７年生１９８９年毕业于上海应用技术学院 达设定的剪切长度，则立即保持钢板与剪刃的速 现从事电气专业电话２６６４５８４８ 度同步等待剪切。 维普资讯 http://www.cqvip.com ３４ 宝钢技术 ２００７年第３期 表１ 施罗曼飞剪的主要技术指标 Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｎｄｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｃｈｎｏｍａｎ ｆｌｙｉｎｇ ｃｒａｎｋ ｓｈｅａｒ 作业线入口最大速度／（ｍ－ｍｉｎ ） 飞剪本体上剪刃最大转速／（ｒ・ｍｉｎ ） 剪切钢板厚度／ｍｍ 剪切钢板宽度／ｍｍ 剪切钢板长度／ｍｍ 钢板长度允许正公差／ｍｍ ６０～ｌ１０ ｌ１Ｏ ４０—９０ ７２ １．２Ｏ～６．３５ ２．５０～９．００ ５５０～ｌ ８５０ ２ Ｏｏｏ～ｌ２ ０００ 钢板剪切精度 钢板剪切长度＞６ ｍ时根据容许公差曲线 ５％ｒ钢板剪切长度 在非倍尺剪切过程中，飞剪主电机通过齿轮 减速箱同时驱动飞剪上、下剪刃和夹送辊。飞剪 图１为ＨＭ０７．１飞剪控制ＰＬＣ输出给控制电 机的给定信号波形图，从飞剪控制电机的给定信 号波形图看出，在飞剪的非倍尺剪切过程中，飞剪 一控制电机通过变速箱内的行星齿轮结构，将飞剪 控制电机的转速叠加到主电机传送至夹送辊的转 速上，这样就可以通过改变ＰＬＣ输出给飞剪控制 电机的给定信号波形来调节控制电机的转速，以 此来达到改变夹送辊的叠加速度，从而达到调整 旦完成一次剪切动作后，飞剪控制电机立即加 速送出带钢，为下一块待剪钢板调整好钢板的剪 切长度，送出量的多少取决于设定的非倍尺剪切 长度与相邻倍尺长度的偏差值。 待剪切钢板长度的目的。 ＼ 趔 罂 地 删 图１ 原设计飞剪控制电机的给定信号波形图 Ｆｉｇ．１ Ｓｐｅｅｄ ｓｅｔｐｏｉｎｔ ｗａｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｙｉｎｇ ｃｒａｎｋ ｓｈｅａｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｏｒｉｇｉｎａｌｌｙ ２施罗曼飞剪原控制技术存在的问题 在施罗曼飞剪高速剪切短板（最短２ ｍ）的情 况下，由于留给飞剪控制电机用于调整钢板剪切 长度时间很短（最短为２个上剪刃旋转周期），因 此，飞剪控制电机原设计总是在飞剪完成一次剪 切动作后（飞剪上剪刃通过下极限位置）立即加 机组的生产效率。 随着机组电气控制系统改造的完成，西门子 ６ＲＡ７０全数字直流传动装置、ｓ７—４００ ＰＬＣ＋ ＦＭ４５８快速处理模板的全面应用，对于研究解决 施罗曼飞剪原控制系统经常出现的高速剪刃撞钢 现象，提供了必要的试验条件和硬件平台。因此， 可以在保持现有机械设备不变的前提下，研究一 种全新的飞剪控制技术，避免施罗曼飞剪下剪刃 高速撞钢现象的发生…。 ３防止飞剪剪切撞钢的控制原理及实现 ３．１ 防止飞剪剪切撞钢的优化控制技术原理 速送出带钢，而此时，如果飞剪上剪刃机械弹簧压 板回复动作滞阻等原因而使上剪刃凸出的话，飞 剪控制电机加速送出的带钢头部将有可能撞上飞 剪上剪刃的刃角而发生飞剪撞钢，严重时带钢头 部会大量折叠在飞剪中，造成大量废钢和传动系 统跳闸，严重影响钢板成材率和设备安全。另外， 由于大量废钢堵塞在飞剪中，处理极其困难。 基于上述原因，为避免施罗曼飞剪高速剪切 时发生飞剪撞钢，薄板机组在生产短板时，一般只 能采用限速生产的方式进行，因此，也严重影响到 为了保证飞剪控制电机加速送出的带钢头部 不撞上飞剪上剪刃的刃角而发生飞剪撞钢，经过 仔细研究和反复试验，在保持现有硬件设备不变 的前提下，在飞剪控制程序中，研究出一种全新的 维普资讯 http://www.cqvip.com 沈宏杰施罗曼飞剪的剪切优化控制技术 ３５ 软件控制技术，即在计算机输出的控制电机给定 信号波形中，利用控制程序，增加一个微小的“减 速”给定，使得飞剪控制电机在飞剪完成一次剪 切动作后的瞬间先减速一小段时间，以此来延迟 控制夹送辊叠加速度的启动时间，确保在这一段 减速时间内，飞剪上剪刃压板弹簧能快速弹回，从 而避免施罗曼飞剪上剪刃高速撞钢现象的发生。 根据实际情况需要，由于这一减速时间段仅设定 为３００～４００ ｍｓ极短的时间，因此，相对于飞剪的 两次剪切之间的间隔时间（剪切长度ＰＩ调节时 间），其影响可以忽略不计。 图２为增加了“减速”时间段的飞剪控制电 机的给定信号波形图。 ’ ＼ ｊ翟 坦 妇 ３ ４ 长度ＰＩ调节时间／ｓ 图２ 改进后的飞剪控制电机的给定信号波形图 Ｆｉｇ．２ Ｗａｖｅ ｏｆ ｓｅｔｐｏｉｎｔ ｓｉｇｎａｌ ｂｙ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｏｔｏｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｌｙｉｎｇ ｃｒａｎｋ ｓｈｅａｒ ３．２飞剪优化控制技术在ＦＭ４５８ ＰＬＣ中的实现 由飞剪控制模块组选择参数形成的飞剪控制 电机“减速”给定波形，将传送至飞剪控制程序中 的速度给定功能模块组中，由新增加的ＳＴＯＰ—ＩＮ 模块、ＳＴＯＰ—ＩＮＯ０１１模块和ＳＴＯＰ—ＩＮ００１２模块 基于上述防止飞剪撞钢优化控制技术的构思 原理，在施罗曼飞剪ＦＭ４５８的ＣＦＣ程序中，增加 了飞剪控制电机在启动加速前的带钢“减速”功 能控制程序。 根据飞剪上剪刃弹簧压板的机械特性和技术 参数，在ＦＭ４５８ ＣＦＣ控制程序延时模块中采用 ３００ ｍｓ和４００ ｍｓ两种延时时间，并在飞剪控制 功能模块组中新增了２４ ＮＣＭ，６６ ＮＳＷ．３０ ＮＳＷ３ 个功能模块。这３个功能模块的功能是： （１）由当前的带钢速度决定飞剪控制电机 对最终的飞剪控制电机速度给定波形进行合成， 从而实现在飞剪剪切动作完成时，对飞剪控制电 机的速度给定波形产生一个“减速”的过程，飞剪 控制模块组中的降速延时时间由模块ＳＴＯＰ— ＩＮＯ０１２输出控制，降速的幅度则由模块ＳＴＯＰ— ＩＮ００１４输出控制。 ４新的控制技术实施后的效果 “减速”给定波形的脉宽和降幅，当飞剪主电机速 度给定＜３０ ｍ／ｍｉｎ时（由２４ ＮＣＭ模块判断），飞 通过在施罗曼飞剪ＦＭ４５８的ＣＦＣ程序中增 加飞剪控制电机在启动加速前的带钢“减速”功 能，获得了一种全新的飞剪控制技术。图３为飞 剪控制电机在剪切点后的“减速”时间选择为 ４００ ｍｓ（由３０ ＮＳＷ模块选择），速度降幅系数选 择为一０．５（降速的幅度为５０％，由６６ ＮＳＷ模块 选择）。 （２）当飞剪主电机速度给定＞３０ ｍ／ｍｉｎ时 剪控制电机经过程序优化控制后的加速度给定波 形和实际速度反馈波形的动态响应曲线图（生产 钢板规格为２．０ ｍｍ×１ ２５０ ｍｍ×２ ５００ ｍｍ，设 （由２４ ＮＣＭ模块判断），飞剪控制电机在剪切点 后的“减速”时间选择为３００ ｍｓ（由３０ ＮＳＷ模 定剪切长度２ ５００ ｍｍ，作业线速度７９ ｍ／ｍｉｎ）。 在该动态给定与速度响应曲线图（含３次剪 切过程）中，类似方波的巨大脉冲曲线即为经过 块选择），速度降幅系数选择为一０．２（降速的幅 度为２０％，由６６ ＮＳＷ模块选择）。这些“减速” 时间和幅度可以根据实际情况，如有无撞钢现象 进行调整，原则上是带钢的速度越低，则降速的时 间越长，降速的幅度越大。 ＰＬＣ软件ＰＩ调节的控制电机给定波形（与控制电 机给定波形基本平行的曲线则为控制电机速度反 馈波形），其脉冲上升之前的方形凹坑即为经过 新的控制技术优化增加的控制电机剪切后的带钢 维普资讯 http://www.cqvip.com 宝“减速”给定波形。 钢技术 ２００７年第３期 ５结语 从以上的动态速度响应曲线看出，为飞剪控 制电机的输出给定波形在飞剪剪切点处增加“减 速”给定波形是一种构思巧妙、效果明显的动态 通过对施罗曼飞剪的ＰＬＣ控制程序的分析 研究，在飞剪ＣＦＣ控制软件中增加“减速”给定功 能，形成了一种防止施罗曼飞剪在高速剪切过程 中发生剪切撞钢的优化控制技术。施罗曼飞剪在 优化控制技术，利用该“减速”给定信号，可以使 飞剪中的带钢在飞剪剪切后的瞬间产生适当匹配 的减速，确保飞剪上剪刃压板弹簧能快速弹回，从 而避免带钢加速时撞上飞剪剪刃，完全达到了预 期效果。 高速生产过程中经常发生的飞剪撞钢现象得到了 彻底解决，这种防止施罗曼飞剪在生产过程中发 生剪切撞钢的优化控制技术，增强了施罗曼飞剪 在生产过程中的运行稳定性，减少了因飞剪撞钢 而引起的设备损坏和故障处理时间，同时减少了 带钢因剪刃撞钢而造成的废钢损失，从而提高了 竖 碘 鲻 霹 荪 机组的钢板成材率。该技术在实际应用中，被证 明是一种构思巧妙、效果明显的动态优化控制技 术，完全可以在具有类似飞剪横切设备的同类企 、Ｉ 中实施。 参图３改进后的飞剪控制电机 考文献 ［１］ 叶高钟．基于ＳＩＥＭＥＮＳ ＳＩＭＡＴＩＣ全集成自动化系统［Ｊ］ 科技经济市场，２ＯＯ６（３）：５． 实际速度反馈波形图 Ｆｉｇ．３ Ｓｐｅｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｗａｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｍｏｔｏｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｌｙｉｎｇ ｃｒａｎｋ ｓｈｅａｒ （收稿日期：２００６—０６—１９） （改稿日期：２００６—１２—１８） 驴 炉有效复吹比，实现对风口的控制，可靠地防止风 驴 驴 专利信息 驴驴口的堵塞。 转炉复吹防堵装置 专利号：ＺＬ０２２１７７７７．９ 专利权人：宝山钢铁股份有限公司 钢管涡流探伤剩磁自动测量装置 专利号：ｚＩＪＤ２２６５０９７．０ 专利权人：宝山钢铁股份有限公司 设计人：陈杰王琦 设计人：黄建东 李存林 本实用新型涉及一种转炉复吹防堵装置，包 含一转炉，转炉炉底上有若干风口；一供气气源， 供应常规的氩氮气体；一总管监控流量表；一旋转 接头，该旋转接头的一端设气体人口，另一端设气 体出口，其气体人口通过管道连接总管流量监控 本实用新型涉及一种钢管涡流探伤剩磁自动 测量装置，包括依次成电路连接的控制单元，测试 单元；信号处理和显示单元；该控制单元可开启及 停止测试单元的工作；该测试单元可测量钢管内 部的剩磁；该信号处理和显示单元用以将测试单 元的信号进行处理并显示。其能对管端剩磁进行 精确的测量，实现了在线动态测量钢管端部纵向 剩磁。 表和供气气源；特点是，该旋转接头为一多通路的 旋转接头，其各气体人品处还连接各分路监提流 量表，各分路调节阀；该分路监控流量表及各分路 调节阀和一计算机控制系统成电路连接，形成自 控系统；该旋转接头的各气体出口和转炉上的各 风口通过管路一一对应连接。其可有效地提高转 （宝钢股份有限公司知识资产部供稿）
