縱剪設(shè)備的電氣控制技術(shù)

王 剛， 白云峰

(東北輕合金有限責(zé)任公司 系統(tǒng)工程師站，黑龍江 哈爾濱 150060)

縱剪設(shè)備的電氣控制技術(shù)

王 剛， 白云峰

(東北輕合金有限責(zé)任公司 系統(tǒng)工程師站，黑龍江 哈爾濱 150060)

本文主要介紹了東北輕合金有限責(zé)任公司南線板帶車間縱剪設(shè)備的設(shè)備功能、電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成、電氣控制原理。

縱剪；工作模式；制動(dòng)張緊輥組；多軸控制器；可編程控制器

隨著時(shí)代的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，航空航天業(yè)、印刷業(yè)、軌道交通行業(yè)、造船、電子等行業(yè)對(duì)鋁合金帶材成品寬度要求越來越窄，原始的縱剪設(shè)備無法做到高精度、快速地剪切和卷曲較窄的成品鋁合金帶材，而且生產(chǎn)效率也無法滿足日益增長(zhǎng)的商品需求。東北輕合金有限責(zé)任公司南線板帶車間由國(guó)外進(jìn)口的縱剪設(shè)備能夠很好地滿足這些要求，其最大成品剪切條數(shù)和寬度、機(jī)列最大運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越原有舊縱剪設(shè)備，自動(dòng)化控制方式也極為先進(jìn)。

該縱剪設(shè)備主要剪切由拉彎矯直機(jī)矯正后的鋁合金帶材，如圖1所示，其主要設(shè)備包括：上卷小車，開卷機(jī)對(duì)錐，卸套筒運(yùn)輸傳送帶，對(duì)中系統(tǒng)偏導(dǎo)平臺(tái)，入口氣動(dòng)剪切刀，縱切刀，碎邊系統(tǒng)，碎邊運(yùn)輸機(jī)，帶材條分隔盤軸，出口偏導(dǎo)輥，活套坑遮蓋平臺(tái)，帶材條分隔盤軸，制動(dòng)張緊輥組，帶材條分隔盤軸，張緊夾送輥，液壓剪刀，出口帶材導(dǎo)向輥，出口喂料平臺(tái)，卷取機(jī)，卷取機(jī)液壓活動(dòng)支撐，卸卷小車。

1 縱剪設(shè)備功能介紹

南線縱剪生產(chǎn)線具有2種工作模式：張緊模式和活套模式。

圖1 縱剪主要機(jī)械設(shè)備1.上卷小車 2.開卷機(jī)對(duì)錐 3.卸套筒運(yùn)輸傳送帶 4.對(duì)中系統(tǒng)偏導(dǎo)平臺(tái) 5.入口氣動(dòng)剪切刀 6.縱切刀 7.碎邊系統(tǒng) 8.碎邊運(yùn)輸機(jī) 9.帶材條分隔盤軸 10.出口偏導(dǎo)輥 11.活套坑遮蓋平臺(tái) 12.帶材條分隔盤軸 13.制動(dòng)張緊輥組 14.帶材條分隔盤軸 15.張緊夾送輥 16.液壓剪刀 17.出口帶材導(dǎo)向輥 18.出口喂料平臺(tái) 19.卷取機(jī) 20.卷取機(jī)液壓活動(dòng)支撐 21.卸卷小車

張緊工作模式工作：依據(jù)入口凸度值情況，可在張緊模式下加工。帶材從開卷機(jī)到縱切工位后的卷取機(jī)一直都保持在張力下，利用分隔圓盤分隔各拋條，然后由熨平輥偏導(dǎo)，熨平輥在卷取工位期間總是壓靠在卷上工作，熨平輥可以保持窄條持續(xù)貼緊纏繞在卷材上，以獲得勻稱統(tǒng)一的卷材直徑，避免空氣夾入的現(xiàn)象，見圖2。

圖2 張緊工作模式

活套模式為活套式：縱切機(jī)對(duì)帶材進(jìn)行縱切，在張力作用下由夾送輥拉入并偏導(dǎo)到活套坑中。在活套坑中，帶材形成一個(gè)活套，補(bǔ)償各條帶材的長(zhǎng)度差異。在活套坑出口，由分隔盤把帶材分隔開。制動(dòng)張緊輥組包括制動(dòng)張緊輥、摩擦輥、偏導(dǎo)輥。制動(dòng)張緊輥和摩擦輥具有大輥徑，以180°纏繞帶材，制動(dòng)帶材以便在所有各條帶材之間產(chǎn)生均勻的張力，通過兩個(gè)帶摩擦力分區(qū)的膠輥，使張力均勻分配在各窄條上，實(shí)現(xiàn)緊密精確的卷取。

設(shè)備工作在活套工作模式時(shí)，張緊區(qū)域夾送輥對(duì)帶材的壓力可以調(diào)節(jié)，其壓力越大出口卷曲張力也越大。同時(shí)摩擦輥中通入的壓縮空氣壓力也可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)壓縮空氣壓力增大時(shí)，摩擦輥膨脹，導(dǎo)致帶材與摩擦輥附著力增大，此時(shí)出口卷曲張力也會(huì)增大。帶材通過制動(dòng)張緊輥組后，再利用分隔圓盤分隔各拋條，然后由熨平輥偏導(dǎo)進(jìn)行卷曲，見圖3。

圖3 活套工作模式

此外，縱剪具有自動(dòng)上卷、自動(dòng)卸開卷卷筒、自動(dòng)開卷對(duì)錐裝置對(duì)中、自動(dòng)更換縱切刀架、自動(dòng)卸卷、熨平輥?zhàn)詣?dòng)控制等功能。

2 電氣控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

選用高性能控制器是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、快速控制的關(guān)鍵，所以東北輕合金有限責(zé)任公司南線縱剪設(shè)備采用了西門子公司S7- 300系列的可編程控制器，主CPU采用317- 2DP，其對(duì)二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算具有極高的處理速度，具有MPI/DP組合接口和PROFIBUS DP接口。從站采用了ET200S模塊，主站和從站采用了Profibus-DP通訊，減少了現(xiàn)場(chǎng)控制電纜的數(shù)量和接線工作，并提高了系統(tǒng)的可靠性。HMI人機(jī)界面所使用的PC機(jī)與PLC采用Profinet通訊。傳動(dòng)控制系統(tǒng)選用了西門子公司全新的集V/F、矢量控制及伺服控制于一體的SINAMICS S120多軸控制器，SINAMICS S120系統(tǒng)組件之間都具有高度的兼容性，中心控制單元采用CU320-2DP，其與PLC采用Profibus-DP通訊。電氣控制系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)連接如圖4所示，其中+PP1為主操作臺(tái)，+PL1為入口區(qū)操作臺(tái)，+PL2為出口區(qū)操作臺(tái)，+PL4為入口料卷基座區(qū)控制臺(tái)，+PL5為縱切刀更換控制區(qū)操作臺(tái)。

3 主要電氣控制原理

張緊工作模式時(shí)，操作手在HMI人機(jī)界面中輸入帶材的寬度、厚度、開卷機(jī)帶材單位面積張力、機(jī)列線速度設(shè)定等參數(shù)，程序中根據(jù)帶材的橫截面積乘以開卷機(jī)帶材單位面積張力計(jì)算出開卷機(jī)的設(shè)定張力值，然后根據(jù)開卷機(jī)的設(shè)定張力值計(jì)算出開卷機(jī)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩限幅值，轉(zhuǎn)矩限幅值越大，開卷機(jī)張力也會(huì)越大。卷取機(jī)在此工作模式下時(shí)轉(zhuǎn)矩限幅是固定值，為±100%。開卷機(jī)速度給定值為入口測(cè)機(jī)列線速度的編碼器反饋值減去偏差值，卷取機(jī)的速度給定為機(jī)列設(shè)定線速度值，所以卷取機(jī)的速度給定值要大于開卷機(jī)的速度給定值，這樣就建立起了機(jī)列帶材張力，而且這種工作模式下開卷機(jī)的張力等于卷取機(jī)的張力。

活套工作模式時(shí)，操作手在HMI人機(jī)界面中輸入帶材的寬度、厚度、開卷機(jī)帶材單位面積張力、卷取機(jī)帶材單位面積張力、區(qū)域夾送輥設(shè)定壓力、摩擦輥壓縮空氣設(shè)定壓力等參數(shù)。此種工作模式時(shí)開卷機(jī)的速度給定值和轉(zhuǎn)矩限幅產(chǎn)生過程與張緊工作模式時(shí)相同，由于帶材進(jìn)入活套坑中失去張力，所以在活套坑出口要重新建立帶材張力，張力需要在制動(dòng)張緊輥和摩擦輥之間、摩擦輥和卷取機(jī)之間建立。程序中根據(jù)帶材的橫截面積乘以卷取機(jī)帶材單位面積張力計(jì)算出制動(dòng)張緊輥和摩擦輥的設(shè)定張力值，然后根據(jù)制動(dòng)張緊輥和摩擦輥的設(shè)定張力值計(jì)算出各自的轉(zhuǎn)矩限幅值，轉(zhuǎn)矩限幅值越大，制動(dòng)張緊輥和摩擦輥出力越大。制動(dòng)張緊輥和摩擦輥的速度給定如公式(1)、(2)所示：

V1=(V0-β)×α

(1)

V2=(V0-β)×δ

(2)

式中V1—制動(dòng)張緊輥的線速度給定值；V2—摩擦輥的線速度給定值；V0—機(jī)列線速度設(shè)定值；β—速度偏差；α—速差百分率；δ—速差百分比，并且α>β。

在活套工作模式時(shí)，卷取機(jī)的速度給定為機(jī)列線速度設(shè)定值，從中我們可以看出卷取機(jī)的線速度給定大于摩擦輥線速度給定，摩擦輥線速度給定大于制動(dòng)張緊輥線速度給定。這樣出口機(jī)組通過速差就建立起了張力。此外區(qū)域夾送輥設(shè)定壓力可以根據(jù)制動(dòng)張緊輥設(shè)定張力和制動(dòng)張緊輥實(shí)際張力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)制動(dòng)張緊輥設(shè)定張力大于制動(dòng)張緊輥實(shí)際張力時(shí)，程序中自動(dòng)減小區(qū)域夾送輥設(shè)定壓力，反之則增加區(qū)域夾送輥設(shè)定壓力。同理，摩擦輥壓縮空氣設(shè)定壓力根據(jù)摩擦輥設(shè)定張力和摩擦輥實(shí)際張力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。卷取機(jī)在此工作模式下時(shí)轉(zhuǎn)矩限幅是固定值，為±100%。

熨平輥也是縱剪重要的設(shè)備，其具有兩種工作模式，位置控制和壓力控制，熨平輥支臂安裝有測(cè)量自身下降位移的編碼器，其液壓回路中安裝有高精度比例閥控制熨平輥支臂動(dòng)作。此外熨平輥液壓回路中安裝有控制其下壓和抬升的高精度比例閥，同時(shí)熨平輥伸縮液壓缸上安裝有位置傳感器。當(dāng)熨平輥處在位置控制時(shí)，其根據(jù)卷取機(jī)卷徑的變化，保持熨平輥和料卷表面距離不變，逐漸增大熨平輥支臂抬升高度設(shè)定值，實(shí)際值由編碼器實(shí)時(shí)反饋，進(jìn)行PI閉環(huán)調(diào)節(jié)自動(dòng)控制。當(dāng)熨平輥處在壓力控制模式時(shí)，程序中會(huì)根據(jù)卷取機(jī)卷徑的大小選擇不同的熨平輥液壓缸伸出長(zhǎng)度值，通過控制熨平輥支臂比例閥來進(jìn)行調(diào)節(jié)保持熨平輥液壓缸伸出長(zhǎng)度值，并根據(jù)熨平輥位置傳感器實(shí)際反饋值來進(jìn)行PI閉環(huán)自動(dòng)控制。當(dāng)熨平輥的設(shè)定壓力為零時(shí)，程序中通過補(bǔ)償值的設(shè)定來調(diào)節(jié)其液壓回路中控制正向壓力和抬升力的比例閥，使其熨平輥對(duì)帶材表面的壓力為零，也就是正向壓力和抬升力保持相等平衡。操作手在生產(chǎn)中可根據(jù)實(shí)際壓力效果通過HMI人機(jī)界面輸入熨平輥壓力值來改變壓力大小。

自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)選用了美國(guó)FIFE公司研制的產(chǎn)品，帶材檢測(cè)選用了電容式傳感器，該套對(duì)中設(shè)備具有運(yùn)行可靠性高、精度高、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前東北輕合金有限責(zé)任公司南線板帶車間縱剪設(shè)備已經(jīng)投入生產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)踐證明采用上述設(shè)計(jì)的縱剪設(shè)備運(yùn)行可靠性高、工作效率高、帶材剪切和卷曲效果質(zhì)量達(dá)到了工藝技術(shù)要求。

叢林集團(tuán)特種船用鋁合金等三項(xiàng)目通過鑒定

山東省科技廳組織國(guó)內(nèi)知名專家，對(duì)叢林鋁船“鋁合金特種船研制技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”、“9.5 m鋁合金游艇的研制與生產(chǎn)”以及叢林鋁材、山東大學(xué)、青島四方聯(lián)合完成的“高性能大規(guī)格復(fù)雜截面鋁合金型材擠壓成形及應(yīng)用技術(shù)”三個(gè)項(xiàng)目主持召開了科技成果鑒定會(huì)。

鑒定會(huì)上，專家組認(rèn)真查閱了鑒定資料，聽取了各項(xiàng)目組的研制工作報(bào)告和研制技術(shù)報(bào)告，參觀考察了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，通過質(zhì)疑、答辯、評(píng)議、討論后，對(duì)這三項(xiàng)目所做的創(chuàng)新性研究和開發(fā)工作給予了充分肯定。

專家組一致認(rèn)為：(1)叢林鋁船兩項(xiàng)目整體技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，項(xiàng)目產(chǎn)品(鋁合金船艇)具有重量輕、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、回收利用率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景廣闊。其研發(fā)的工藝技術(shù)能夠有效降低船體重量與造船成本，提高船舶制造質(zhì)量與效率。(2)高性能鋁合金型材擠壓成形及應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材在高速列車上的應(yīng)用技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

“含鈦礦物關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”通過鑒定

東北大學(xué)資源與環(huán)境研究所關(guān)于“含鈦礦物關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”的科學(xué)技術(shù)成果通過遼寧省科技廳組織的專家組鑒定。專家們一致認(rèn)為“含鈦礦物關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”的研究理論水平高，研究?jī)?nèi)容具有新穎性和創(chuàng)新性。涉及的含鈦礦物利用的相關(guān)技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，拓展和深化了含鈦礦物的綜合利用技術(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化整體利用含鈦高爐渣有著重要借鑒和推動(dòng)作用。

我國(guó)每年排放大量含鈦高爐渣，已造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和生態(tài)破壞。雖然含鈦高爐渣的綜合利用技術(shù)已取得了一些進(jìn)展，但是相關(guān)技術(shù)存在著處理成本高、經(jīng)濟(jì)效益差、技術(shù)效果不明顯、處理量有限、產(chǎn)品附加值低、二次廢棄等諸多問題，難以實(shí)現(xiàn)含鈦高爐渣的工業(yè)化規(guī)模利用。

自2000年以來，在釩鈦資源冶金過程有價(jià)組元強(qiáng)化遷移規(guī)律及分離理論等9項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、高鉻型釩鈦磁鐵礦冶煉和釩鈦鉻分離提取技術(shù)和聯(lián)合開發(fā)國(guó)家重大國(guó)際合作項(xiàng)目、大型金屬礦產(chǎn)基地資源綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究國(guó)家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、高爐冶煉高鉻型釩鈦磁鐵礦關(guān)鍵技術(shù)研究等4項(xiàng)校企合作項(xiàng)目的支持下，課題組立足于當(dāng)前社會(huì)和經(jīng)濟(jì)需求，提出了資源綜合利用、生態(tài)材料制備及污染治理協(xié)同研究理念，依據(jù)含鈦高爐渣的礦物組成和物理化學(xué)性質(zhì)，深入開展了7個(gè)方面的研究工作：利用含鈦高爐渣制備泡沫微晶玻璃；利用含鈦高爐渣光催化降解硝基苯、亞甲基藍(lán)等水體有機(jī)污染物；利用含鈦高爐渣制備TiO2；利用硫酸銨熔融法浸出沉淀釩渣/礦中V2O5；利用含鈦高爐渣制備抗菌材料；利用含鈦高爐渣制備TiN/O′-Sialon復(fù)相陶瓷；利用含鈦高爐渣制備用于提高農(nóng)作物生產(chǎn)的復(fù)合肥。

ElectricalControlTechnologyofSlitterMachine

WANG Gang，BAI Yun-feng
(System Engineer Station, Northeast Light Alloy Co., Ltd. Harbin 150060, China)

This article mainly introduces the machine function, configuration of electrical control system, electrical control theory of slitter machine of south department of super size aluminum alloy material project of northeast light alloy company.

slitter machine；work mode；bridle roll group；multiple axis controller；programmable controller

2014-01-22

王 剛(1984-)，男，黑龍江海林人，工程師，大學(xué)本科，主要從事設(shè)備調(diào)試和維護(hù)工作。

白云峰(1965-)，男，河南內(nèi)黃人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事行政和設(shè)備管理工作，現(xiàn)任東北輕合金有限責(zé)任公司系統(tǒng)工程師站主任工程師。

TG333.21

B

1003-8884(2014)02-0029-04