1 引言
棒材精整设备主要包括冷床和连续剪切线设备(continuous cutting line，以下简称ccl) 冷床用于冷却分段后的棒材并在其出口区域进行分组，ccl用于完成对从冷床上收集来的棒材组的切头、定尺剪切，然后经加速辊道送至收集区。其主要工艺设备如图1所示，包括：冷床(cb)、冷床输出辊道(crt11，crt12)、冷剪(cs)、冷锯(ac)、定尺机(lag)、剪切辊道(crt2)、加速辊道(crt3，crt4，crt5) 。冷床由三台dcs600传动单元控制，所有辊道均采用abb acs800变频器控制，冷剪和冷锯分别由一台dcs600传动单元和acs800变频器进行控制，定尺机的水平定位由一台恒速电机控制，其挡板的升降由一个气动电磁阀控制。如图1所示。

                   

                                                 

            图1 ccl工艺设备布置图

2 工艺流程
操作员首先在hmi上进行参数，包括设定辊道的速度、冷剪/冷锯的选择、切头选择、收集区的选择(1/2/1+2)、冷锯前进速度给定（mm/s）、冷锯锯片边缘线速度给定v（m/s）、冷锯电机功率给定p0（kw）等。
现以选择冷锯为例进行说明，棒材组在冷床输出辊道上准备好以后 (vr47.11为on，vr47.10为off)，操作员可以从操作台启动剪切线，crt11、crt12、crt2启动，crt12的一个电机上装有编码器以进行速度和位置检测。当棒材头部到达vr47.10时，通过acs800变频器的辅助控制字对位置计数器复位(详见下文3.1节)。当头部到达切头位置时，辊道停止，冷锯自动完成切头，然后再次对位置计数器复位，辊道crt11、crt12、crt2、crt3启动，当头部到达vr51.10时，定尺机挡板落下，当头部到达挡板时辊道停止，挡板抬起，冷锯自动进行定尺锯切，完成后再次对位置计数器复位，crt2、crt3启动，把定尺送至后区。当尾部离开vr51.10时，辊道crt11、crt12、crt2、crt3再次启动，把钢送至定尺机前，如此循环，直至锯切全部完成。

3 主要设备控制
3.1 冷床活动梁控制
冷床由3台75kw直流电机驱动，它们分别由1台dcs600传动单元控制。由于机械轴连接在一块，因此3台传动采用主从控制，其上位机为1台abb ac80控制器，硬件连接如图2所示。主从传动有关的参数设置分别如表1和表2所示。需要说明的是，使用acs800变频器同样能够实现主从控制，通讯连接方式和参数设置基本相同，只有参数组编号有差异，具体可查看有关手册。

                                                 

                 图2 dcs600 主从控制连接图

                                                          

表1 主传动参数设置表

          

                                                          

             表2 从传动参数设置表

3.2 冷床输出辊道的定位控制
由于要进行棒材的位置控制，两个冷床输出辊道的acs800采用dtc控制方式，按照工艺要求对位置计数器复位和实时位置跟踪。对计数器复位的逻辑如图3所示。

                                               

          图3 acs800变频器位置计数逻辑

3.3 加速辊道控制
三段加速辊道也均采用acs800变频器控制。由于操作员可以选择使用冷剪或冷锯剪切不同长度的定尺，而定尺机挡板前后的辊子必须由不同的变频器控制，因此crt3和crt4控制的电机数量是可变的，因此只能采用标量控制。而对于crt5来说，当只使用收集区1时，2区的电机通过接触器切除，因此其电机数量也是可变的，同样采用标量控制。操作方式如下：首先选择dtc方式做电机的id run，完成后再选择为标量方式，第29组参数将成为可见的，其中的最高/最低频率将根据来自上位机的最高/最低速度（第20组参数）自动修正。另外，如果需要超频，还需要修改速度系数（50.01）和过速保护限制（20.11）。一般情况下，超频倍数取15%，因此，一台额定转速nn=1000r/min，额定频率fn=50hz为的电机，如果实际需要达到n=1300r/min，则50.01设置为1300，20.11设置为：
fn×15%+fn×(n-nn)/nn×(1+15%)=50×15%+50×(1300-1000)/1000×(1+15%)=24.75
另外，在上位机程序中进行辊子的分组切换时，必须保证变频器不在readyref状态。
3.4 冷锯控制
（1）冷锯锯片的速度控制
冷锯锯片由一台额定功率为400kw的交流电机通过齿轮箱控制，该电机由1台acs800变频器驱动。一对光电开关用于锯片下位检测，一个线性位移传感器用于检测锯片直径（新锯片的直径为固定值，1500mm，允许最小直径为800mm），一个接近开关检测锯片轴到达上位位置。工艺要求不管锯片磨损到什么程度，其边缘的线速度等于设定值。锯片的原始位置是上位，即接近开关的位置，假设此位置位移传感器的值为x0，每次开始锯切时，锯片首先下降，当光电开关检测到锯片时，系统读取位移传感器的值x，根据图4，则锯片直径(d)可近似按下列公式计算：
d=【h-(x-x0)】×2
（注释：如图4所示。以上公式假设锯片的升降运动为垂直运动，实际运动轨迹是一段曲线，为近似计算。）

                                                 

              图4 锯片直径计算示意图

其中：h为上位接近开关到下位光电开关的距离。
这样，电机的速度给定值(r/min)按如下公式计算：
v/【d×π/(z×1000×60)】
其中：z为齿轮比。
（注释：冷锯锯片边缘线速度给定v(m/s)，上文已提到，d为锯片直径，此公式是速度由“m/s”到“r/min”的转换。）
（2）冷锯水平移动速度控制
冷锯水平移动速度由一个比例阀控制，一个位移传感器检测其实际位置值。冷锯从原始位置启动时，以最高速(150mm/s)接近棒材，然后以在hmi上设定的前进速度进行锯切，在这期间实时检测电机的转矩tact (单位：%)和转速vact(单位：r/min)并计算出实际功率pact，计算公式为：
pact＝vact×tact×tnom/(100×9.55)
其中：tnom为额定转矩，单位为knm。
如果pact大于功率给定值p0，则前进速度降低0.5%（现场调试确定），否则保持不变，直至锯切完成。
（注释：这是电机学里的电机功率和转矩的关系公式：p=t×n/9550，p的单位是kw，t的单位是n·m，n的单位是r/min。在这里，检测的电机转矩tact单位是%，因此要乘以额定转矩tnom才是真正的转矩值。）

4 结束语
实践证明，abb的acs800变频器和dcs600传动单元能够很好地完成棒材精整区设备对控制的实时性和精确性要求，本文为作者应用abb传动产品完成棒线材轧机自动化系统设计、编程、调试及维护的总结，以期抛砖引玉之效。

作者 孙汉峰  张怀勇