西門(mén)子S120 傳動(dòng)系統(tǒng)在鋼卷包裝機(jī)組鐵皮機(jī)地輥的應(yīng)用

付 強(qiáng)

（武漢鋼鐵有限公司，湖北武漢）

前言

冷軋鋼卷是冷軋線的銷(xiāo)售產(chǎn)品，鋼卷下線進(jìn)入包裝機(jī)組鐵皮機(jī)地輥存放，并對(duì)鋼卷進(jìn)行包裝捆扎等處理，形成可以直接銷(xiāo)售的產(chǎn)品。鐵皮機(jī)作為末端工藝的關(guān)鍵設(shè)備，其載荷取決于鋼卷的最大重量。早期國(guó)際上主要的冷軋卷重量一般是10 t，因此，鐵皮機(jī)的負(fù)載能力也是以10 t 進(jìn)行設(shè)計(jì)的。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)冷軋板材的需求增大，經(jīng)過(guò)多次以提質(zhì)增效降本為目標(biāo)的技術(shù)升級(jí)，冷軋卷成卷重量已經(jīng)達(dá)到平均15 t，鐵皮機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)難以支持15 t 負(fù)荷的連續(xù)生產(chǎn)。同時(shí)，鐵皮機(jī)的各機(jī)構(gòu)逐漸老化，其負(fù)載能力還在不斷下降，使用過(guò)程中其變頻器已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)需求，經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)電流故障，鋼卷帶頭定位加減速過(guò)程中也頻繁發(fā)生電機(jī)堵轉(zhuǎn)故障。一方面是變頻器負(fù)荷不足導(dǎo)致故障頻發(fā)；另一方面是該系列變頻器停產(chǎn)多年，損壞后只能維修；這些問(wèn)題導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作困難，破壞生產(chǎn)節(jié)奏，拉低鋼卷產(chǎn)能，降低了人均噸鋼量。基于這些問(wèn)題，同時(shí)考慮冷軋系統(tǒng)的兼容性，鐵皮機(jī)引入一套西門(mén)子S120[1]系列變頻器替換原變頻器，對(duì)鐵皮機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行全面技術(shù)升級(jí)，并結(jié)合冷軋工藝進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和調(diào)試，徹底解決了鐵皮機(jī)負(fù)荷不足和備件缺貨的問(wèn)題，提高了包裝效率，降低了維護(hù)時(shí)間。

1 鐵皮機(jī)工藝

1.1 鐵皮機(jī)理論模型

鐵皮機(jī)使用包裝材料包裝鋼卷，通過(guò)膠箱提供粘合劑將外圍包裝鐵皮粘合。鐵皮機(jī)為不同寬度的包裝鐵皮準(zhǔn)備了5 個(gè)開(kāi)卷機(jī)，在夾送輥配合下將鐵皮帶頭送到預(yù)定的位置，剪板機(jī)剪切相應(yīng)長(zhǎng)度的包裝鐵皮，膠箱為包裝鐵皮提供粘和劑，整個(gè)包裝過(guò)程是自動(dòng)控制的?？刂破鲗⒋摼淼匿摼韺挾群统隹谥睆綌?shù)據(jù)傳送給開(kāi)卷機(jī)控制器。與待包鋼卷寬度相匹配的鐵皮開(kāi)卷機(jī)自動(dòng)傳送到鐵皮機(jī)頭部，通過(guò)剪板機(jī)到達(dá)噴射第一條膠帶的噴膠裝置。包裝材料傳送到實(shí)際鋼卷與旋轉(zhuǎn)地輥之間。包裝鐵皮在達(dá)到要求長(zhǎng)度后自動(dòng)剪斷。第二條膠帶是用來(lái)粘合包裝鐵皮帶頭和帶尾的重合部分的，從而完成整個(gè)包裝過(guò)程。鐵皮機(jī)的包裝工藝：開(kāi)卷機(jī)→壓緊輥→送料導(dǎo)板→3R 夾送輥→6R 夾送輥→主夾送輥→測(cè)量輪→刀梁剪→側(cè)導(dǎo)板→涂膠機(jī)→出口導(dǎo)板→包鐵皮地輥。其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。鐵皮機(jī)及配套設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)，鐵皮開(kāi)卷機(jī)：5 臺(tái)；鐵皮厚度：0.5～0.8 mm；鐵皮卷內(nèi)徑：508/610 mm；鐵皮寬度：750～2 000 mm；對(duì)中精度：±10 mm。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)鋼卷地輥

鋼卷下線后存放在地輥上進(jìn)行包裝工作，如圖1 所示。地輥的電機(jī)和變頻器是根據(jù)鋼卷重量設(shè)計(jì)的，因此有必要對(duì)鋼卷和地輥系統(tǒng)進(jìn)行建模分析，為實(shí)際設(shè)計(jì)和調(diào)試提供理論依據(jù)[2]。圖2 所示是鋼卷和地輥組成的模型，根據(jù)模型圖進(jìn)行通用受力分析，計(jì)算出理論力矩，并據(jù)此選擇合適的變頻器以及后續(xù)的參數(shù)調(diào)整。圖2 所示F，f，N 分別是托輥的最大靜滑動(dòng)摩擦力，摩擦系數(shù)和法向反力。假設(shè)不同鋼卷與托輥之間的摩擦系數(shù)都是f，G和R 分別是鋼卷的重量和半徑，可以建立力學(xué)方程。

圖2 鋼卷地輥模型

根據(jù)公式（1）、公式（2）和公式（3），推導(dǎo)出模型的力矩，見(jiàn)公式（4）

根據(jù)上述公式和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，計(jì)算出k1=0.566，k2=0.954，進(jìn)而推導(dǎo)出F1=20 kN，F(xiàn)2=36 kN，M=73 kN·m。

1.2 鐵皮機(jī)地輥傳動(dòng)系統(tǒng)

鐵皮機(jī)地輥傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)荷能力取決于荷載，根據(jù)公式計(jì)算出的荷載選擇變頻器。采用西門(mén)子S120 系列變頻裝置替換原西門(mén)子的SIMOVERT 6SE70 變頻裝置。技術(shù)升級(jí)針對(duì)變頻傳動(dòng)和控制系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)保留原有的PROFIBUS DP 通訊總線，能夠確保原系統(tǒng)中的HMI、PLC控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)和遠(yuǎn)程站通訊穩(wěn)定。

原有系統(tǒng)中6SE70 傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部的CBP 通訊卡，與PLC之間通過(guò)PROFIBUS-DP 通訊，CBP 參數(shù)是通過(guò)PROFIBUS報(bào)文的PKW定或改變變頻器參數(shù)。附加的參數(shù)設(shè)定，通過(guò)PROFIBUS-DP 的數(shù)據(jù)傳送(例如過(guò)程數(shù)據(jù)PZD復(fù)合值)使用的是PPO1 類(lèi)型。硬件配置中原6SE70 的傳動(dòng)單元升級(jí)為S120 對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)硬件配置[3]，并保持原硬件地址、DP 地址不變。傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的硬件配置及組網(wǎng)如圖3 所示，參數(shù)設(shè)置如圖4 所示。

圖3 傳動(dòng)與控制硬件配置及組網(wǎng)

圖4 傳動(dòng)參數(shù)設(shè)置

2 傳動(dòng)性能測(cè)試

根據(jù)工藝要求設(shè)計(jì)地輥速度接口程序，進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試，其中PIW1120 為狀態(tài)字，PIW1122 為實(shí)際速度。

鋼卷卷徑測(cè)量參數(shù)由C40 工位的激光測(cè)距傳感器得出，由卷徑算出周長(zhǎng)。

地輥實(shí)際定位計(jì)算程序，根據(jù)鋼卷外圈周長(zhǎng)和地輥輥徑計(jì)算出地輥旋轉(zhuǎn)角度。

地輥給定速度值的斜率計(jì)算程序

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)使用STARTER 中的監(jiān)控記錄地輥加減速測(cè)試數(shù)據(jù)，傳動(dòng)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)如圖5 所示。

圖5 追蹤記錄值

3 結(jié)論

文章介紹了S120 傳動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)，結(jié)合包裝機(jī)組鐵皮機(jī)地輥?zhàn)冾l電機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了傳動(dòng)設(shè)備選型，經(jīng)過(guò)FAT性能測(cè)試，升級(jí)改造后的傳動(dòng)系統(tǒng)能滿足包裝產(chǎn)線的生產(chǎn)需求，為鋼卷自動(dòng)化包裝機(jī)組的穩(wěn)產(chǎn)提供了有力支撐。

（1） 通過(guò)理論建模并進(jìn)一步分析地輥系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)，為實(shí)際應(yīng)用和后續(xù)技術(shù)升級(jí)提供理論基礎(chǔ)。（2）根據(jù)理論計(jì)算設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)，并通過(guò)應(yīng)用驗(yàn)證理論模型的有效性。（3） 升級(jí)后的傳動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的適配性有了顯著提高，徹底解決了帶頭定位過(guò)程中過(guò)電流及堵轉(zhuǎn)等問(wèn)題。（4） 運(yùn)行過(guò)程中，降低了機(jī)組短時(shí)停機(jī)次數(shù)；升級(jí)后運(yùn)行至今，未出現(xiàn)停機(jī)問(wèn)題。