一、概述
   
    莱钢中小型轧钢生产线基础自动化采用瑞典ABB公司的控制系统，采用开放型集散控制，由两套MP200/1 过程站和一套AOS500 操作员站组成。过程站包括DSPC172处理器板、DSMB176内存板以及其它各种I/O 模板和专用模板及其连接单元，过程站通过DSCS140通讯模板连接到MasterBus 300总线上，其它如加热炉区、轧线区、冷床区、精整区的过程站也以同样方式连接到总线上，各站间可进行通讯。

    二、系统配置

    2.1 硬件配置及功能

    （1）AOS500操作员站采用HP_UX 工作站，并配备一个实时加速器板和连接到MasterBus 300的冗余接口，根据需要可安装多种软件，通过它操作人员可直接对现场设备进行监控。主要功能包括：

    （2）画面选择通过HP键盘或示踪球选择画面。

    （3）对象控制对所选对象直接进行手动控制，如电机的启停、电磁阀或比例阀的动作等。   

    （4）事件与报警对电机、液压泵、传动系统的整流器等的工作状态进行记录和报警，必要时可打印。

    2.2 编程软件介绍

    控制程序使用AMPL(ABB MasterPiece Language)编制。该语言承了梯形图语言的优点，与之相比更有如下特点：

    (1) 结构化程序设计。

    (2) 功能强大。为了与专用模板通讯和其它特定功能，PC元素中还有相当多的特殊元素，如POSR_H1(读定位模板DSDP140B)、POSW_H1(写定位模板DSDP140B)、CLCK_H1(初始化脉冲计数模板DSDP150)、START_H1(启动脉冲计数模板DSDP150)、COM_CVI1(读传动系统数据)、COM_CVO1(通讯到传动系统)等，软件系统与硬件系统紧密结合，功能强大。

    三、定尺剪切原理及其算法
   
    3．1 剪切原理

    冷剪作为实现定尺剪切的主要设备，在轧钢生产现中起着重要的作用。冷剪包括下列设备:主传动装置、入口挡板、剪刃推出装置、废料筐翻板。剪切是由一对剪刃完成的, 它们由两台直流电机通过一个齿轮减速机驱动。剪刃安装在摆动臂系统上, 此系统由另一直流电机驱动. 每台电机的控制运行都是有编码器完成的，碎断剪的编码器通过软联接连接到电机轴上，这样冷剪在运行过程中，编码器随时跟踪电机旋转的位置，即检测剪刃位置，摆剪的编码器通过皮带联接连接在摆剪电机轴上，用来检测摆动位置。
   
    主要工艺设备布置如图1 所示。

    图1 连续剪切线工艺设备

    （注：●表示磁辊；□表示磁性指；■表示磁性成组小车；§表示成组传送链；）表示提取小车；CMD为光电管，CMD1～CMD4到冷剪剪刃的距离依次为Ｌd1、Ｌd2、Ｌd3、Ｌd4）上剪刃由两台直流电机通过齿轮减速机驱动，下剪刃固定。摆动架也由一台直流电机驱动。剪刃和摆动架分别由一个增量型编码器来检测位置。可剪切运动的和静止的轧件（此时摆动架不工作），摆动架到达垂直位置时进行剪切。剪子由直流电机控制，电机轴上有一个编码器用于速度调节时的速度反馈。在PLC系统中有一块专用定位模板DSDP140B用于剪刃定位，一块高精度计数模板DSDP150与DSDP140B板相连，用于启动剪刃。定位模板DSDP140B把作用时间送到数字量输入模板DSDI110参与控制。剪切控制通过通讯模板DSCS131通讯给DCV700系统来控制电机，由电机驱动剪子动作，实现控制功能。控制原理图见下图：

图2 控制原理图

    3. 2 剪切算法      
   
    3.2.1 切头

    （1）如果在操作站画面上选择了切头功能，则当CMD2检测到头部信号后，启动PC元素LINT-H1(长度积算器)进行长度计算。LINT-H1要正常工作，必须设定其初始值Ｌ0（WF注：Ｌ0应为在CMD2与系统反应延迟的时间里钢坯滑过的长度）和设定点Ｌ设。切头时，Ｌ0＝V×(T0＋(T1－T2))，L设=Ｌh＋Ｌd2。              
   
    上式中：V为产品速度, T0为光电管及DI模板的延迟时间补偿(一般设定为11ms),T1为CMD2头部信号生成时的时间(下文类似, 分别为相应CMD头部信号的生成时间),T2为LINT-H1 被执行时的系统时间, Ｌh为操作站设定的切头长度. （WF注：切头计算以CMD2为准，而始终以剪切位置为计算基准）
   
    当积算长度Ｌ积为L设－V×Tfp〉Ｌ积〉L设－V×(Tfp＋Tw)时, 生成一个预置时间Tps和一个预置脉冲, （WF注：预置脉冲应为启动计时的脉冲） Tps=（L设－Ｌ积 ）/V－Tfp。（WF注：此公式中，除了Tps为未知量外，其余均应为常数，Ｌ积为符合某一特定条件的积算长度）Tfp为摆动架从起始位加速到剪切位所需时间, 称为作用时间; Tw称为报警时间, 这里取常数300ms.
   
    将预置脉冲和预置时间作为PC元素START-H1的输入, 该元素将Tps送入DSDP150计数器板, 并由预置脉冲启动计时,计时到后给DSDP140B 板发一启动信号, 摆动架开始由起始位置加速. 上述生成的预置脉冲同时对剪刃控制有效, 控制剪刃动作的预置时间为Tps＝（L设－Ｌ积 ）/V－Tfk，Tfk 为剪刃的作用时间。摆动架和剪刃相继动作，完成切头过程。

    3.2.2 定尺剪切

    定尺剪切时, 需要根据设定的定尺长度L设确定由剪子后面的哪一个CMD 来检测头部信号, 启动长度积算运算. 当6m≤L设<10m时, 使用CMD3检测, 此时长度积算器的初始值Ｌ0＝Ｌd3＋V×(T0＋(T1－T2)); 当Ｌ设≥10m时, 使用CMD4检测,此时Ｌ0＝Ｌd4＋V×(T0＋(T1－T2))。生成预置脉冲和预置时间的公式与头部剪切相同. 第一次剪切完成后, 以第一次剪切的作用时间DI信号由1到0为启动脉冲,启动第二次剪切的长度计算. 此时, 第二次剪切的轧件组的头部恰在剪刃位置,故Ｌ0为0. 如此进行下去, 直至剩余长度小于定尺长度, 进行尾部处理. （WF注：定尺计算以CMD3或CMD4为准）

    3.2.3 速度补偿

    定尺剪切时, 由于产品的设定速度与实际速度总会有一定偏差, 造成长度计算不准确, 从而影响定尺剪切的精度, 故需进行速度补偿. 如果未选择切头功能, 则CMD2检测到头部后开始校正系数k的计算.当6m≤L设<10m时, CMD3检测到头部后, 读取积算长度Ｌ积, 则k＝Ｌ积 /（Ｌd2＋Ｌd3）; 当L设≥10m时, CMD4检测到头部后, k＝Ｌ积 /（Ｌd2＋Ｌd4）. 如果选择了切头功能, 则切头完成后计算k. 与不切头时的两种情况类似, k分别为Ｌ积 /Ｌd3和Ｌ积 /Ｌd4 . 第二次剪切及其以后的速度补偿与切头完成后的公式相同.
   
    按上述公式计算出k之后, 要进行必要的限制处理. 若k≥1.05或k≤0.95,则k取该限制值. k乘以设定的产品速度, 即得进行长度计算所需的速度V.。

    3.2.4 尾部跟踪与处理

    当CMD1检测到轧件组尾部信号后, 读取定尺剪切长度积算器的积算长度Ｌ积。若此时有预置脉冲发出, 说明延迟预置时间后要进行剪切, 故剩余长度Ｌ余为Ｌd1－（L设－Ｌ积），否则Ｌ余＝Ｌd1＋Ｌ积. 由于该生产线定尺长度是6m到12m, 结合各CMD与剪子间的实际距离, 可得到仍需定尺剪切的次数. 设I和R分别为 Ｌ余/L设的商和余数, 则I代表尚需定尺剪切的次数(0≤I≤2), R代表不足定尺的尾部长度(0≤R<Ｌ设), 尾部长度送操作员站显示.
   
    定尺剪切完毕后, 大于3m的短尺被送往短尺收集区. 由于剪子前面的辊子A与后面的磁辊B之间的距离为3m, 小于3m的短尺不能移出, 往往卡在剪刃位置,此时要增加一次短尺剪切, 然后剪子入口的活板落下, 剪切后的短棒掉入下部的废料收集筐.。

    四、结束语
   
    冷剪能剪螺纹钢、圆钢、角钢、弹簧扁钢、槽钢等，对于正常的生产运行和提高轧材成材率都起到了关键的作用，整个冷剪系统的硬件设备及其运行原理是比较复杂的，只有熟练掌握，才能做到有的放矢，快速准确的解决突发故障，为生产维护提供帮助。