程秀竹，許 卓，張 偉

（1. 涿神公司，涿洲 072750；2. 北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120）

1 厚箔剪切機的工作原理介紹

厚箔剪切機機列屬于精整設(shè)備。精整設(shè)備相對于粗加工設(shè)備來說，對機械設(shè)備的加工要求及精度相當(dāng)高，但是電控系統(tǒng)的配合也起著舉足輕重的作用，本文介紹的這臺厚剪機是將0.04～0.4mm厚的鋁箔精確地縱向切邊、分切，并將剪切后的多條帶材以理想的張力整齊地交叉分卷在兩個卷取機上。下面簡要介紹一下它的工作原理。

工作機列示意圖如圖1所示。

機列工作過程描述：料卷經(jīng)過上料車運輸?shù)介_卷機上后，點動開卷，把料引到穿帶棒，粘好，然后自動穿帶裝置穿帶，同時開卷送料，穿帶到位后，停止，把穿帶棒復(fù)位。然后機組穿帶，開卷、導(dǎo)輥、剪切機同時以穿帶速度送料，經(jīng)過分切后，人為把料交叉分到內(nèi)外卷取兩側(cè)，把料展平，落下壓平輥，等待機列建張力運行，條件準(zhǔn)備好后，按機列運行鈕，調(diào)整好前后張力，升速，卷取。

2 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

此臺厚剪機的傳動系統(tǒng)采用直流電機傳動，下面主要根據(jù)設(shè)計參數(shù)核算開卷、卷取電機功率、轉(zhuǎn)速范圍。

設(shè)計依據(jù)數(shù)據(jù)：

機列最大速度：400m/min；

來料外徑：φ2100mm(max)；

套筒外徑：φ565mm；

成品外徑：φ1200mm(max)，φ150mm(min)；

φ600mm（max），φ75mm（min）；

開卷張力：700Kg。

2.1 開卷電機選擇校驗

根據(jù)公式

圖1 厚箔剪切機機列工作示意圖

開卷機電機選用Z4-315-11,55KW,DC400V,240/900rpm，他勵310V,帶編碼器反饋。

2.2 卷取電機選擇校驗

內(nèi)卷取電機：33KW,DC400V,430/2500rpm, 他勵310V,帶編碼器反饋。

外卷取電機：33KW,DC400V,430/2500rpm, 他勵310V,帶編碼器反饋。

根據(jù)公式：P=M×n/974 已知選型電機功率為33KW，基速為430rpm，核算電機扭矩M=P×974/n=33×974/430=74.75Kg.m

電機最大張力，最大卷徑出最大扭矩得出公式：卷軸的最大扭矩為M×i=F×Dmax/2。

所以，最大張力 F=2M×i/ Dmax=2×74.75×3.792/1.2=472.42 Kg。

根據(jù)技術(shù)數(shù)據(jù)要求，滿足生產(chǎn)使用。

3 系統(tǒng)控制方案

該機列的控制系統(tǒng)PLC采用西門子S7-300系列CPU315-2DP，以及遠(yuǎn)程I/O站ET200M。與直流控制器、變頻器之間采用PROFIBUS-DP通訊。系統(tǒng)采用DP通訊的方式，即節(jié)省電纜及空間，又能保證數(shù)據(jù)傳遞的精確性、穩(wěn)定性、快速性。

3.1 控制系統(tǒng)配置

直流傳動采用西門子全數(shù)字直流調(diào)速控制器6RA70；輔助上、卸料， 廢邊卷取設(shè)施采用西門子交流變頻調(diào)速器MM440控制； 壓平輥裝置升降采用德國倫茨電機控制器成套產(chǎn)品交流伺服電機控制；HMI人機界面的應(yīng)用，使系統(tǒng)實時運行數(shù)據(jù)及狀態(tài)一目了然。系統(tǒng)配置圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)配置圖

3.2 控制思想

開卷機速度作為機列速度基準(zhǔn)，速度控制。穿帶時往前送料，待到卷取機建立張力后，開卷機控制器被拉成逆變狀態(tài)，開卷電流為負(fù)值。

導(dǎo)輥電機驅(qū)動導(dǎo)輥牽引板帶作用，采用力矩限幅，速度跟隨控制方式。

剪切機電機驅(qū)動剪切機破分板帶及切邊，控制也是采用力矩限幅，速度跟隨控制方式。

卷取機為張力控制，線速度恒定，隨著卷徑的變化，卷取電機的扭矩增大，卷取張力恒定。

壓平輥的控制起著舉足輕重的作用，隨著卷徑的增大，壓平輥裝置伺服的后退。壓平輥裝置由德國倫茨伺服電機驅(qū)動，伺服電機驅(qū)動器通過PROFIBUS-DP與PLC通訊執(zhí)行控制命令。隨著機列速度的上升，卷徑的增大，伺服電機驅(qū)動壓平輥裝置立即跟隨伺服上升，保證壓平輥與料卷的接觸力恒定。

廢邊卷取采用西門子變頻器MM440變頻調(diào)速，隨著機列速度的增大，其廢邊卷取速度也相應(yīng)的自動按比例增大，也可以根據(jù)現(xiàn)場使用情況人為干預(yù)設(shè)定速度運轉(zhuǎn)。

上、卸料車輔助上、卸料卷，也采用西門子變頻器MM440變頻調(diào)速，采用變頻調(diào)速不僅可以節(jié)省上、卸卷時間，而且定位準(zhǔn)確。

4 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

基于上述的厚箔剪的電氣控制方案及思想，構(gòu)成了以下厚箔剪的電氣控制系統(tǒng)，本電氣控制系統(tǒng)的實現(xiàn)由15個PROFIBUS-DP站點組成，其中CPU315-2DP為主站1#站，14個從站。硬件組態(tài)配置如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)

1#主站PLC，帶有兩個DP口，一個MPI/DP口作為編程口，另一個DP口為DP網(wǎng)絡(luò)連接口。CPU的主站機架后可最多擴展8個模板，主要是擴展的是數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出模板及高速計數(shù)輸入功能模板，另外考慮與人機界面HMI電腦的通訊采用ETHERNET以太網(wǎng)通訊加了一塊CP343-1以太網(wǎng)接口模板。

2#遠(yuǎn)程站ET200M，分布在主操作臺內(nèi)，主要采集操作信號輸入點。ET200M接口板機架后也可以最多擴展8個模板。

4#遠(yuǎn)程站ET200M，分布在閥站遠(yuǎn)程機架箱，主要是控制電磁閥的動作輸出。

6#～10#站為直流傳動6RA70，6RA70與PLC通訊的PROFIBUS接口通訊板為CBP2。6#站為開卷機驅(qū)動控制器站，7#站為導(dǎo)輥驅(qū)動控制器站，8#站為剪切機驅(qū)動控制器站，9#站為內(nèi)卷取驅(qū)動控制器站，10#站為外卷取驅(qū)動控制器站。直流傳動與PLC周期性的進行數(shù)據(jù)交換，通訊的尋址類型為PPO4。

11#～14#站為交流變頻器MM440。11#站為上料車驅(qū)動控制變頻器，12#站為外卷取卸料車驅(qū)動控制變頻器，13#站為內(nèi)卷取卸料車驅(qū)動控制變頻器，14#站為廢邊卷取驅(qū)動控制變頻器。MM440變頻器與PLC周期性的進行數(shù)據(jù)交換，通訊的尋址類型也為PPO4。

16#～17#站為德國倫茨伺服驅(qū)動器。倫茨伺服驅(qū)動器為EVS9323-ES,他的DP通訊接口模板為EMF-2133IB, 此伺服驅(qū)動器與PLC周期性的進行數(shù)據(jù)交換。

人機界面HMI主要是對生產(chǎn)時的一些工藝數(shù)據(jù)進行輸入，設(shè)備的運行數(shù)據(jù)及狀態(tài)的輸出，設(shè)備的報警記錄及趨勢曲線的記錄。HMI主要配置采用商用臺式機電腦主機及顯示器，并在電腦主機中裝有西門子的控制組態(tài)軟件WINCC，WINCC通過以太網(wǎng)通訊TCP/IP協(xié)議與PLC的CPU進行數(shù)據(jù)交換。

5 結(jié)束語

此種厚箔剪切機設(shè)備已經(jīng)投產(chǎn)，生產(chǎn)實踐證明此電控系統(tǒng)設(shè)計合理，系統(tǒng)運行良好，故障率低，全通訊設(shè)計，抗干擾性強。生產(chǎn)出的產(chǎn)品符合要求，機列運行能運行到最高速度，提高了生產(chǎn)效率。

[1] 鄧星鐘.電傳動控制(第三版)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2000.