锯切轧件自动控制系统

由于锯切轧件产品随着市场需求的增加、钢材断面质量要求的提高，同时老式的锯切设备锯切速度低，工作环境差，工人劳动强度大，由于设备及锯片等方面的原因，经常出现型材断口切斜、毛刺飞边超标等质量问题，锯片单次锯切寿命较低(平均300t以下)，造成停机换片频繁，严重地影响了轧制生产的连续性。另外，锯片在使用过程中还经常出现糊齿、裂纹等现象，既影响生产效率，也给生产现场的安全带来了一定隐患。本文介绍的锯切机是用以取代生产效率较低的老式控制系统锯切型材设备，使锯片锯切寿命和锯切质量都有了很大提高。
一、工艺流程
锯切是在轧钢过程中的一个收尾环节。首先钢坯由入炉辊道经过上料台送入步进式加热炉。加热炉采用煤气作为燃料。根据坯料的性能、种类要求的不同，调节炉内煤气的流量使坯料由进炉到出炉这一过程达到所要求的轧制温度。
红色的坯料经过出炉辊道到达轧机，轧机在这里属于第一道轧制工序。调换不同孔型的轧辊及调节轧辊之间的距离，使得坯料达到预先的形状、大小完成开坯的工作。
有的钢体原材料由于硬度高，在轧制过程中又损失一部分热量，易造成钢头的裂纹，影响到钢的轧制质量。为了消除这种影响，在轧机后安置了切头剪。
以上的开坯准备工作完成后，轧件达到了往复式WF轧机。这种轧机采用了水平安装平、立、平、立、平，五个轧辊。控制系统全由计算机程序操作，根据不同的轧制程序调节轧辊之间的距离及导卫系统，充分的了解模具钢的棱角问题，较好的达到了高精度的90度棱角。
根据厂家对钢料长短尺寸的需求，以及锯切的表面要保证光滑、平整，采用了带有定尺机的热摩擦锯。当坯料达到锯前由水平垂直夹紧装置夹紧坯料，然后自动锯切完成快速进锯→负载进锯→锯切终了→快速返回，四个切割过程。而这些控制过程都是由直流控制器进行控制。而直流电机的转速控制是由PLC为直流控制器输出一个给定的速度模拟信号，由直流控制器对直流他励电机进行速度闭环调节控制，从而保证了切割线速度。而热锯的摆臂及垂直夹紧由PLC进行矢量位移式闭环控制，这样就较稳定地实现了系统的自动控制。
经过热锯的切割轧件成品达到冷床，等待下一部的深加工，完成了整个的生产过程。

图1：工艺流程简图
二、控制系统硬件设计
系统主要有自动转换开关、限位开关等开关量输入量和输出量。根据统计该系统需要72个输入量和34个输出量。再考虑留有15%的输入、输出点余量，实际选用6块16点数字输量输入模块SM321，4块16点数字输出模块SM322，共计96个输入点和64个输出点。S7-300PLC是本控制系统的核心，它完成所有开关量输入、输出型号的处理。在控制系统中为了完成对型材锯切长度的控制和主锯切机前进或者后退的控制，选用CPU314。本控制系统中为了实现对锯切长度的控制和主锯切机前进或者后退的控制选用了一块计数模板，FM350—2，该模块带8个通道，用于和24V增量编码器配合使用。

图2：控制系统硬件框图
三、锯切识别动作的执行
现场轧件的位置检测由热金属检测器进行检测并输入PLC，由PLC完成逻辑判断，而后PLC输出控制信号给各个控制器，控制器控制各个执行元件动作，达到控制要求。
1.轧件从锯切的前一工序区域横向移入锯切区域后，经RJ0测得后，锯前BP辊道高速转动。
2.轧件在到达RJ1后，要求锯前BP辊道低速转动， RJ1只是在轧件的头部或尾部达到时起作用。
3.轧件的头部到达RJ2时，锯前BP辊道停止。
4.轧件头部到达RJ3时，锯前BP辊道低速运行，且定尺挡板落下，定尺挡板上的常开点被轧件撞击闭合后，锯前BP辊道停止运行。
5.轧件的尾部到达RJ4时，锯前后辊道停止运行。
6.若RJ4有信号，而且RJ5已有信号，则可切尾，否则因不足4米作放弃不要处理。
7.确认锯切的类型后，设计了夹紧机构将轧件夹紧，以免锯切过程中轧件振动，损坏锯片。锯切动作执行完毕后，轧件夹紧机构要松开。
8.锯切完成后，轧件要高速离开锯切区域。切尾或放弃完成后，前一工序的轧件才可以进入锯切区域。
四、控制系统软件
编程软件使用的是西门子的STEP 7，是用于对西门子PLC进行组态和编程的专用集成软件包。
锯切控制程序从循环执行主程序——组织块开始依次调用各个子程序和功能块，各个子程序和功能块用于完成锯切控制系统某一部分的逻辑控制（如各参数计程序流程图、定尺程序流程图）或实现某一 特定的功能（通过总线读写控制字、状态字）。锯切过程程序流程图如图3所示。
结论
该锯切机已经在国内大型轧钢生产企业得到应用，实际的运行效果表明该控制系统运行稳定、可靠，大大地提高了锯切轧件的生产自动化水平和产品的质量。
程序流程框图

参考文献
[1]胡建,西门子S7-300 PLC应用教程.北京：机械工业出版社,2010
[2]J.Richalet,Industrial Applications of Model Based Predictve Control Automatica 1993,29(5):1251-1279

（作者单位：烟台南山学院 自动化工程学院 山东烟台）