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1200铝箔纵切机的电气控制系统

 摘要:摘要:本文主要介绍北京科力通电气股份公司以1200铝板纵切机使用英国CT公司的MONTOR Ⅱ型直流调速装置和西门子公司的S7-300、S7-200系列可编程序控制器组成的PROFIBUS现场总线系统,及PLC之间、PLC和MONTOR Ⅱ型直流调速装置之间相互通讯的系统组成及实现方法。

关键词:铝箔、纵切机、MONTOR Ⅱ、PLC、串行通讯、恒线速度控制

一、适用范围
本设备是为铝(铝合金)板纵切机专用机械配套的电气控制系统。铝锭经过连铸连轧机、冷轧机的轧制,形成0.2mm~3.0mm厚的铝(铝合金)板,再按照不同用户的商业要求把1060mm(或以下)宽的铝板分切成不同宽度的铝板若干条,并按恒张力方式卷绕成铝卷。由于电气控制系统采用标准的控制模块,以及完全相同或相似的控制要求,而且也有相同或类似的工艺要求,所以该系统也适用于黑色冶金中的钢板钢带、有色冶金中的铜板铜带及造纸等相似行业的材料分切、卷取控制系统。


二、机列介绍
1200铝箔纵切机的主要设备布置及电气系统组成如下图所示:

































1200铝箔纵切机布置及控制系统组成


主要设备布置从右至左(从操作侧看)依次为:开卷机、夹送辊、切头剪、圆盘剪、活套坑、张力垫、张力辊(机)、切尾剪、测速辊、卷取机。各部分的主要功能及控制要求如下:开卷机:用来打开来料铝卷,提供各种可能卷径下的开卷张力,对开卷机上的铝卷直径进行实时计算,并用以控制开卷段的恒张力。夹送辊:穿带时协助开卷机将铝板穿向卷取机方向,机列工作时可以将上辊抬起,不参与工作,也可将上辊压下,以协助圆盘剪提供开卷段的向前张力,防止圆盘剪打滑。切头剪:用以处理带头,来满足工艺和操作要求。圆盘剪:是该机列的主要工艺设备,用来完成对带材的纵向剪切,同时用来切除来料铝板两侧的多余部分或质量不符合要求的部分,使成品卷的左、右两个端面符合质量要求。活套坑:用来释放来料铝卷中横向的不同内部应力在纵向剪切后给带材带来的影响。张力垫:是提供卷取段张力的主要设备,也是影响成品卷能否“卷齐”的主要设备之一。张力辊:和张力垫共同提供卷取段张力,是提供动态张力调整的“窗口”,可以通过它来实现张力剃度控制以及增加各种张力补偿,如静态补偿、动态补偿等。测速辊:是卷取段线速度的测量点,同时也是进行卷取机卷径计算的依据之一,其重要性不言而喻。卷取机:是对纵向剪切后的成品重新进行卷绕的地方,也是稳定卷取段线速度的设备,需采用恒线速度控制,它的稳定控制是整个系统的重中之重。



整个机列的主要参数如下:
1、来料宽度:520mm~1060mm
2、来料厚度:0.2mm~3.0mm
3、卷材外径:Φ1650mm(Max)
4、材料性能:抗拉强度:δb≤290MPa
屈服强度:δs≤260MPa
延伸率: δ≤15%
5、成品宽度:40~1000mm
6、成品外径:Φ1650mm(Max)
7、机列速度:150M/min(Max)
8、剪切条数:保证值:20;目标值:25
9、速度控制精度:0.5%

10、张力控制精度:< 1%



三、系统构成及控制原理
1200铝箔纵切机的电气控制系统构成如图所示,主要传动点开卷机、夹送辊、圆盘剪、张力辊、卷取机都采用直流传动,传动装置为英国CT公司生产的MONTOR Ⅱ系列直流装置,装置的额定电流从105A到350A不等,速度反馈全部采用脉冲编码器反馈,提高了控制精度。废边卷取采用了变频控制,使废边卷取的线速度能跟随机列速度的变化,大大减少了操作工的劳动强度。控制系统的核心是西门子S7系列PLC,主模块采用S7-315-2DP,它通过PROFIBUS DP网络将两个ET 200M远程站以及两个S7-200系列的PLC系统、OP27操作屏等连接起来,组成一个有机的整体。作为PROFIBUS DP网络的主站,S7-315-2DP完成了控制系统中的大部分控制任务,包括所有的逻辑计算以及模拟量的输入、计算和输出、卷径计算、速度分配等。
作为辅助CPU,两个S7-200系列的PLC系统负责一些特殊的任务,象高速计数、操作台上的数字显示表控制、与MONTOR Ⅱ系列直流装置的串行通讯等。正是由于采用了串行通讯,才有可能把MONTOR Ⅱ系列直流装置的各种故障信号纳入控制系统,并在OP27操作屏上用中文明确的显示出来。免去维修人员查手册中故障代码的麻烦,加快了故障判断的速度,使整个系统的人机交流更加友好,提升了整个控制系统的性能,又不会增加太多的成本。PROFIBUS DP现场总线系统的使用,极大地节约了控制电缆,节约了成本。同时也大大缩短了施工、调试时间,为用户赢得了最大限度的经济利益。
OP27操作屏的使用使用户能更直观地操作和监控生产过程中的各参数,可以通过棒图、趋势曲线等来监控各参数的变化趋势,有利于对生产过程的全面了解和准确及时地进行故障判断。
本机列的逻辑控制并没有什么特殊之处,只是机列中所要求的联锁条件较多,编程时要特别留神,协调好和其他专业的关系。在传动控制上,本机列使用脉冲编码器的脉冲信号作为卷径计算的依据,在PLC中进行卷径计算,极大地提高了张力控制和卷径显示的精度。卷取机的线速度控制是不同于常规控制的地方,为达到恒线速度控制的目的,我们采用过在测速辊上安装测速发电机作为驱动装置反馈信号的方法,实际使用效果不错,但存在“过尾”失速的问题。也就是当铝板带的尾部通过张力辊之后,卷取段失去张力,测速辊无法测得实际速度,驱动装置就会失去“速度反馈”,从而产生故障,在实际操作中要通过留出更长的带尾来避免。为解决这个问题,本机列的卷取机和测速辊也采用脉冲编码器作为信号源,先计算出卷取机的卷径,再根据卷径和操作台上的速度给定信号经PLC随时计算卷取电机的速度给定值,来达到恒线速度控制的目的。由于在这种控制方式下,驱动装置一直使用卷取电机本身的脉冲编码器作为速度反馈源,就避免了“过尾”时丢失速度反馈的问题。
废边卷取是用户比较关心的问题之一,由于机列速度较高,如果废边卷取处理不当而断带就会直接影响生产的进行。我们除使用变频调速器对废边卷取电机进行调速,使废边卷取能跟随线速度的变化,还增设了两处视频探头,对废边的卷取情况进行视频监视,操作员可具此对废边卷取速度进行微调,在试车过程中取得了较好的效果。



四、结束语:北京科力通电气股份公司以系统通过现场调试取得了令人满意的控制效果,各项控制指标均能满足控制要求,其可靠性、稳定性深得用户好评。