王 剛， 白云峰

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

縱剪設備的電氣控制技術

王 剛， 白云峰

(東北輕合金有限責任公司 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任公司南線板帶車間縱剪設備的設備功能、電氣控制系統(tǒng)構成、電氣控制原理。

縱剪；工作模式；制動張緊輥組；多軸控制器；可編程控制器

隨著時代的發(fā)展、社會的進步，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)對鋁合金帶材成品寬度要求越來越窄，原始的縱剪設備無法做到高精度、快速地剪切和卷曲較窄的成品鋁合金帶材，而且生產效率也無法滿足日益增長的商品需求。東北輕合金有限責任公司南線板帶車間由國外進口的縱剪設備能夠很好地滿足這些要求，其最大成品剪切條數和寬度、機列最大運行速度遠遠超越原有舊縱剪設備，自動化控制方式也極為先進。

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

1 縱剪設備功能介紹

南線縱剪生產線具有2種工作模式：張緊模式和活套模式。

圖1 縱剪主要機械設備1.上卷小車 2.開卷機對錐 3.卸套筒運輸傳送帶 4.對中系統(tǒng)偏導平臺 5.入口氣動剪切刀 6.縱切刀 7.碎邊系統(tǒng) 8.碎邊運輸機 9.帶材條分隔盤軸 10.出口偏導輥 11.活套坑遮蓋平臺 12.帶材條分隔盤軸 13.制動張緊輥組 14.帶材條分隔盤軸 15.張緊夾送輥 16.液壓剪刀 17.出口帶材導向輥 18.出口喂料平臺 19.卷取機 20.卷取機液壓活動支撐 21.卸卷小車

張緊工作模式工作：依據入口凸度值情況，可在張緊模式下加工。帶材從開卷機到縱切工位后的卷取機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，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：縱切機對帶材進行縱切，在張力作用下由夾送輥拉入并偏導到活套坑中。在活套坑中，帶材形成一個活套，補償各條帶材的長度差異。在活套坑出口，由分隔盤把帶材分隔開。制動張緊輥組包括制動張緊輥、摩擦輥、偏導輥。制動張緊輥和摩擦輥具有大輥徑，以180°纏繞帶材，制動帶材以便在所有各條帶材之間產生均勻的張力，通過兩個帶摩擦力分區(qū)的膠輥，使張力均勻分配在各窄條上，實現(xiàn)緊密精確的卷取。

設備工作在活套工作模式時，張緊區(qū)域夾送輥對帶材的壓力可以調節(jié)，其壓力越大出口卷曲張力也越大。同時摩擦輥中通入的壓縮空氣壓力也可以進行調節(jié)，當壓縮空氣壓力增大時，摩擦輥膨脹，導致帶材與摩擦輥附著力增大，此時出口卷曲張力也會增大。帶材通過制動張緊輥組后，再利用分隔圓盤分隔各拋條，然后由熨平輥偏導進行卷曲，見圖3。

圖3 活套工作模式

此外，縱剪具有自動上卷、自動卸開卷卷筒、自動開卷對錐裝置對中、自動更換縱切刀架、自動卸卷、熨平輥自動控制等功能。

2 電氣控制系統(tǒng)硬件構成

選用高性能控制器是實現(xiàn)精準、快速控制的關鍵，所以東北輕合金有限責任公司南線縱剪設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，其對二進制和浮點數運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)場控制電纜的數量和接線工作，并提高了系統(tǒng)的可靠性。HMI人機界面所使用的PC機與PLC采用Profinet通訊。傳動控制系統(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)通訊網絡連接如圖4所示，其中+PP1為主操作臺，+PL1為入口區(qū)操作臺，+PL2為出口區(qū)操作臺，+PL4為入口料卷基座區(qū)控制臺，+PL5為縱切刀更換控制區(qū)操作臺。

3 主要電氣控制原理

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

活套工作模式時，操作手在HMI人機界面中輸入帶材的寬度、厚度、開卷機帶材單位面積張力、卷取機帶材單位面積張力、區(qū)域夾送輥設定壓力、摩擦輥壓縮空氣設定壓力等參數。此種工作模式時開卷機的速度給定值和轉矩限幅產生過程與張緊工作模式時相同，由于帶材進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，張力需要在制動張緊輥和摩擦輥之間、摩擦輥和卷取機之間建立。程序中根據帶材的橫截面積乘以卷取機帶材單位面積張力計算出制動張緊輥和摩擦輥的設定張力值，然后根據制動張緊輥和摩擦輥的設定張力值計算出各自的轉矩限幅值，轉矩限幅值越大，制動張緊輥和摩擦輥出力越大。制動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—制動張緊輥的線速度給定值；V2—摩擦輥的線速度給定值；V0—機列線速度設定值；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，卷取機的速度給定為機列線速度設定值，從中我們可以看出卷取機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張緊輥線速度給定。這樣出口機組通過速差就建立起了張力。此外區(qū)域夾送輥設定壓力可以根據制動張緊輥設定張力和制動張緊輥實際張力進行自動調節(jié)，當制動張緊輥設定張力大于制動張緊輥實際張力時，程序中自動減小區(qū)域夾送輥設定壓力，反之則增加區(qū)域夾送輥設定壓力。同理，摩擦輥壓縮空氣設定壓力根據摩擦輥設定張力和摩擦輥實際張力進行自動調節(jié)。卷取機在此工作模式下時轉矩限幅是固定值，為±100%。

熨平輥也是縱剪重要的設備，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，同時熨平輥伸縮液壓缸上安裝有位置傳感器。當熨平輥處在位置控制時，其根據卷取機卷徑的變化，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定值，實際值由編碼器實時反饋，進行PI閉環(huán)調節(jié)自動控制。當熨平輥處在壓力控制模式時，程序中會根據卷取機卷徑的大小選擇不同的熨平輥液壓缸伸出長度值，通過控制熨平輥支臂比例閥來進行調節(jié)保持熨平輥液壓缸伸出長度值，并根據熨平輥位置傳感器實際反饋值來進行PI閉環(huán)自動控制。當熨平輥的設定壓力為零時，程序中通過補償值的設定來調節(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。操作手在生產中可根據實際壓力效果通過HMI人機界面輸入熨平輥壓力值來改變壓力大小。

自動對中系統(tǒng)選用了美國FIFE公司研制的產品，帶材檢測選用了電容式傳感器，該套對中設備具有運行可靠性高、精度高、免維護等優(yōu)點。

4 結束語

目前東北輕合金有限責任公司南線板帶車間縱剪設備已經投入生產運行，實踐證明采用上述設計的縱剪設備運行可靠性高、工作效率高、帶材剪切和卷曲效果質量達到了工藝技術要求。

叢林集團特種船用鋁合金等三項目通過鑒定

山東省科技廳組織國內知名專家，對叢林鋁船“鋁合金特種船研制技術開發(fā)與應用”、“9.5 m鋁合金游艇的研制與生產”以及叢林鋁材、山東大學、青島四方聯(lián)合完成的“高性能大規(guī)格復雜截面鋁合金型材擠壓成形及應用技術”三個項目主持召開了科技成果鑒定會。

鑒定會上，專家組認真查閱了鑒定資料，聽取了各項目組的研制工作報告和研制技術報告，參觀考察了生產現(xiàn)場，通過質疑、答辯、評議、討論后，對這三項目所做的創(chuàng)新性研究和開發(fā)工作給予了充分肯定。

專家組一致認為：(1)叢林鋁船兩項目整體技術處于國內領先水平，項目產品(鋁合金船艇)具有重量輕、耐腐蝕、壽命長、回收利用率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，市場前景廣闊。其研發(fā)的工藝技術能夠有效降低船體重量與造船成本，提高船舶制造質量與效率。(2)高性能鋁合金型材擠壓成形及應用技術項目，整體技術達到國際先進水平，其中大規(guī)格復雜截面鋁型材在高速列車上的應用技術達到國際領先水平。

“含鈦礦物關鍵技術開發(fā)及應用”通過鑒定

東北大學資源與環(huán)境研究所關于“含鈦礦物關鍵技術開發(fā)及應用”的科學技術成果通過遼寧省科技廳組織的專家組鑒定。專家們一致認為“含鈦礦物關鍵技術開發(fā)及應用”的研究理論水平高，研究內容具有新穎性和創(chuàng)新性。涉及的含鈦礦物利用的相關技術達到了國際領先水平，拓展和深化了含鈦礦物的綜合利用技術，對實現(xiàn)工業(yè)化整體利用含鈦高爐渣有著重要借鑒和推動作用。

我國每年排放大量含鈦高爐渣，已造成了嚴重的資源浪費、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已取得了一些進展，但是相關技術存在著處理成本高、經濟效益差、技術效果不明顯、處理量有限、產品附加值低、二次廢棄等諸多問題，難以實現(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組元強化遷移規(guī)律及分離理論等9項國家自然科學基金、高鉻型釩鈦磁鐵礦冶煉和釩鈦鉻分離提取技術和聯(lián)合開發(fā)國家重大國際合作項目、大型金屬礦產基地資源綜合利用關鍵技術研究國家科技支撐計劃重點項目、高爐冶煉高鉻型釩鈦磁鐵礦關鍵技術研究等4項校企合作項目的支持下，課題組立足于當前社會和經濟需求，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，依據含鈦高爐渣的礦物組成和物理化學性質，深入開展了7個方面的研究工作：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、亞甲基藍等水體有機污染物；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復相陶瓷；利用含鈦高爐渣制備用于提高農作物生產的復合肥。

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，大學本科，主要從事設備調試和維護工作。

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

TG333.21

B

1003-8884(2014)02-0029-04