1.簡介
我廠安裝的是一套高速線材生產線，在粗中軋機之間配有一臺飛剪。其工作是否正常，將對生產產生很大的影響。主要功能就是根據工藝的要求，對行進中的軋件進行切頭和切尾，并在事故狀況下對軋件進行碎斷剪切。該飛剪是離合器制動器式，有4片(兩對)剪刃，剪刃中心距630mm,寬度180mm。機械裝置傳動比為7.6:l，由獨立的潤滑泵供油，最大剪切截面2450mm2,剪切軋件最低溫度900℃，剪刃線速度0.8—4.8m／s,軋件速度0.7—4.2m／s，切頭尾長度200mm，碎斷長度989mm。由一臺60kW直流電機驅動，電機最高轉速1400rpm。其動作過程為：當控制系統發出剪切命令時，制動器打開，離合器吸合，剪刃離開零位，開始運動，剪切軋件，當剪刃到達停止位時，離合器釋放，制動器動作。最后剪刃停止在零位，為下一次剪切作準備。
2.飛剪控制系統的構成
飛剪控制系統原理如圖1所示。
其剪切動作由一臺SIEMENS S5-135UPLC控制，上位機與PLC S5—135U之間采用SINEC H1工業以太網連接，主要完成功能：切頭，切尾和碎斷。
PLC硬件配置：CPU 928B板、高速計數板IP242A，以及一定數量的數字量輸入／輸出模板，模擬量輸入／輸出板和SINEC HI通訊卡CPl43。
其中高速計數板在剪刃位置的控制中起到了關鍵作用。該計數板為一智能模板，可不依賴CPU928B而獨立運行，它共有7個計數通道。在系統啟動時，通過CPU軟件，可根據需要分別設置成不同的計數方式。另外，在其內部還提供了1MHz的計數脈沖，可用于測量每個程序周期的循環時間，進行軋件的跟蹤計算。
在剪刃軸上，裝有一編碼器，用于檢測剪刃的實際位置。
機旁操作箱上裝有一些測試按鈕和信號指示燈，如剪切測試按鈕、定位按鈕、EMG按鈕及信號燈。
通過上位機PT75(準備終端)對剪切參數進行設定，包括切頭使能、切頭長度、切尾使能、切尾長度、軋件速度修正使能及預設定修正系數。這些數據通過SINEC H1網送到PLC中。另外，有關的剪切狀態數據送回顯示，如剪切后剪刃的實際停止位和剪切速度。在操作終端OT75相關的顯示畫面上，可通過顏色的變化來反映飛剪的工作狀態是否正常，包括編碼器的脈沖計數狀態等。還可以點擊相應的圖標，發出試剪切命令。
3 飛剪控制原理
根據軋件的速度、設定的剪切長度以及飛剪的動作特性數據，控制飛剪的起停。本飛剪為雙剪刃，每次剪切，剪刃轉過180度。飛剪驅動電機的速度基準由速度控制系統給出，并隨軋線一起級聯變化。
3．1 軋件的跟蹤
經過飛剪的軋件速度是由軋線速度控制系統根據CV50飛剪上游機架電機光電碼盤檢測到的轉速信號，結合該機架的減速箱傳動比及軋輥的工作輥徑計算得出，經轉換通過16位開關量輸出、一路頻率與速度相關的脈沖信號以及一路0-10V的模擬量信號送往CV50剪切控制PLC系統。在那里可根據需要決定選擇使用那個速度基準。這樣給系統的組織帶來了一定的靈活性，且在某一路信號故障時，可由PLC內部程序判斷并自動切換使用另一路信號。通過高速計數器，對其內部提供的1MHz頻率的脈沖進行計數，并實時讀取計數值，可獲得控制程序在每個周期的循環時間，結合修正后的軋件速度，就能得到每個程序循環周期內軋件在飛剪區域的行程。根據飛剪前的熱金屬檢測器HMD的檢測信號，就可以對軋件的頭尾進行實時跟蹤。
3．2 軋件的剪切控制
通過對軋件進行精確跟蹤，根據軋線上安裝的HMD信號及剪切長度設定值，啟動飛剪剪切（見圖2）
1)當飛剪前的熱金屬檢測器測量到軋件頭部信號時，記下此刻的軋件跟蹤計數器計數值，以后將該值與軋件計數器值相比較，就能得到軋件頭部到HMD的距離S，當S=L－A+H時，開始啟動切頭動作，制動器離合器線圈得電。其中：L為HMD到剪刃交叉點的距離。A為切頭時，剪刃從啟動點到交叉點時，軋件所走過的距離(即剪切提前量)。H為設定的切頭長度。
2)當HMD檢測到軋件尾部信號時，對軋件尾部離開HMD的距離進行跟蹤計數(方法同切頭)。當計數值S=L－A－T 時，開始啟動切尾動作。其中：T為設定的切尾長度。A為切尾提前量。
剪切命令發出后，通過一輸出驅動裝置，將動作命令分成兩部分，首先使制動器電磁閥的線圈得電，斷開制動器，經驅動裝置上設定的延時后，離合器電磁閥線圈得電，電機驅動剪刃運動，在剪刃交叉位剪切軋件。當剪刃到達制動起始位時，剪切控制輸出關閉，經驅動裝置，離合器先失電，經延時，制動器失電，制動投入，最后剪刃停在零位，等待下次剪切。
為提高剪切精度，需對每次剪切的提前量A進行實測，即計算在剪切命令發出后，從剪刃零位到剪刃交叉期間，軋件走過的距離。為防止偶然的計數誤差帶來的影響，可將最近若干次的測量值取平均；同時還要考慮程序運行周期對剪刃交叉點檢測造成的誤差，并進行補償。
在切頭、切尾時，還需考慮剪刃在停止位的零位偏差。由于每次剪刃的停止后并不一定正好在零位上。這樣，在進行頭尾剪切計算時，要對相應的剪切提前量A進行修正，以便獲得準確的剪切長度。
由于不同軋制速度下，機械裝置的慣性不同，停止過程所需的制動距離也就不一樣，速度越快，所需的制動角度也就越大。為使剪切后，剪刃能準確停在零位，在切頭、切尾時需對制動角度進行測量，即根據剪刃軸上編碼器的脈沖計數值，得到從離合器制動器電磁閥線圈斷電到剪刃完全停止時剪刃轉過的角度，取最近若干次切頭、切尾制動中測量的平均值，作為下一次切頭、切尾時的制動角。
4 控制功能說明
尋找零位：初始程序啟動，零位找尋工作必不可少，由于編碼器安裝時，其零位脈沖的不確定性，在系統啟動后，須確定該編碼器的計數零點時剪刃位置與機械零點間的相對偏差，否則無法根據編碼器的計數值來獲得剪刃的物理位置，也就無法對飛剪進行控制。具體過程為：系統啟動后，在機旁操作箱上按下點動開關，使飛剪以點動速度緩慢地旋轉兩圈以上，然后按下箱內的一個按鈕，并至少保持5秒以上(目的是防止意外誤操作)，然后松開按鈕即可。轉動兩圈主要是檢測計數板及編碼器工作是否正常。
由于從軋線速度控制系統送來的軋件速度信號，僅是系統根據CV50前一機架電機速度反饋值，結合機械的減速比和軋輥的輥徑計算得出，而隨著生產的進行，軋輥在
不斷磨損，工作輥徑的尺寸也在發生變化，計算速度難免與實際軋件速度間存在偏差。為提高剪切精度，有必要對軋件的實際速度進行實測，以便對用于跟蹤的軋件速度進行修正。測量方法如下：測量軋件頭部從飛剪前HMD到飛剪后HMD(若切頭功能投入，則為從剪刃交叉點到飛剪后HMD)的理論計數距離，將它與實際距離相比較，即可得到一速度修正系數。且該測量在每根軋件的頭部進行，并對這一系數進行自適應修正：
(N*K+Ki)／(N+1)－－->K
其中N為測量次數(設有最大限值)，Ki為本次測量值。該功能可在上位機上根據需要選擇投用。
值得一提的是它的狀態和故障診斷功能，通過CPU的編程接口，配合外部安裝在編程器或PC機上的專用診斷軟件，可以觀察到程序內部與剪切有關的重要狀態信號的變化時序，可根據需要編制監測狀態的清單(可以是輸入輸出信號，標志位或計時器的狀態)，發送到CPU，程序在每個循環的最后，檢測這些信號的狀態有無發生變化，如有變化，則把其變化后的狀態及本周期的時間計數器值依次存入緩沖狀態數據塊，由CPU送往PC機，在屏幕上顯示出來，并存入預先設置的文件中。這一功能對故障的排查很有幫助，特別是那些偶發性的故障。它可以連續監測，在故障發生后，通過打開存儲狀態變化的文本文件，根據故障發生的時間，檢查該時間區段內各檢測信號的狀態有無異常，以確定故障原因。
5 程序結構
啟動塊：創建數據塊，并將數據拷貝至工作DB-RAM中；計數卡進行初始設置、啟動計數器：SINECH1網絡的初始化；重計算有關的剪切參數，并拷貝到工作DB-RAM中。
主循環程序：檢測電源及相關信號是否正常；對HMD信號及編碼器脈沖計數器進行采集處理，測量剪刃位置。實測軋件速度，并對軋線速度控制系統送來的軋件速度信號進行修正。產生剪切命令和事故碎斷命令，控制導槽底板和出口擋板的動作。管理信號及數據的輸入輸出。與上位機、其他PLC之間的通訊處理；剪切循環的狀態診斷。
6 使用中出現的問題
在實際運行中，切尾曾出現異常現象，即尾部的剪切長度失控，甚至剪不到軋件尾部。經分析發現是由于熱金屬檢測器HMD到飛剪的距離太小，該距離與飛剪的剪切提前量基本接近，這樣即使設定的切尾長度很長，也可能剪不到尾或剪的很短。開始，我們通過提高飛剪電機速度基準來解決，但這樣一來，雖然能剪到尾部，卻引出另一問題：由于剪切速度與軋件速度不同步，使切頭時剪切速度超前，產生額外的剪切負荷，而在切尾時，常把尾部頂彎，對設備造成潛在的危害。后經過修改程序，將啟動軋件尾部跟蹤的熱檢由飛剪前HMD0改為前一機架前的HMDl，且將軋件從HMD0到該機架段的行程折算到以CV50前軋件速度行進時軋件走過的距離(即用CV50前兩個機架出口速度的比值乘以HMD0到該機架的距離)，并把它加到距離L中。修改后，切尾控制正常。
離合器制動器式飛剪一般適合于剪切斷面較大、剪切速度不高的場合，其剪切定位精度由于受控制氣源、電磁閥、離合器制動器摩擦片的影響較大。當軋件速度發生較大變化時，會對剪切長度產生一定影響，一般要通過幾次試剪來解決。
7 結束語
用PLC組成的飛剪控制系統，使用器件少，工作穩定，故障率低，維護方便，在實際生產
