摘要：本文為邯寶冷軋廠包裝機組的優(yōu)化與改造，包括入口運卷小車定位功能升級改造、變頻器控制方式升級、提升機定位改造，所涉及到的技術(shù)有DP網(wǎng)絡(luò)、DP通信的激光編碼器的使用、變頻器控制技術(shù)、電阻尺及模擬量測距的使用等。

關(guān)鍵詞：包裝機組;DP網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;變頻器控制;自動化改造

邯寶冷軋廠目前有2 條全自動包裝機組，機組包括入口運卷小車，運輸梁，提升機，自動落紙機、全自動周向、眼向打捆機、出口高速小車可將連退生產(chǎn)下線的鋼卷實現(xiàn)全自動打包，且無需天車吊裝，避免吊傷，是鋼卷可靠存儲和運輸?shù)闹匾Ｕ希殡S著產(chǎn)量不斷增大，機組原有的控制系統(tǒng)參數(shù)和外圍生產(chǎn)條件已經(jīng)完全不能滿足現(xiàn)有產(chǎn)品生產(chǎn)需要，直接影響產(chǎn)品快速包裝外發(fā)出廠。

經(jīng)過細(xì)致梳理，目前存在的問題有：一、包裝小車經(jīng)常出現(xiàn)定位不準(zhǔn)，定位精度低，小車無法下落的故障。其主要原因是小車位置檢測由齒輪鏈條拖動的模擬量編碼器實現(xiàn)，其控制精度低，且每次掉電后小車的位置會消失，需要手動對其位置進(jìn)行重新標(biāo)定初始化。二、包裝小車無法平滑調(diào)速和精確停止定位。其主要原因是原設(shè)計采用G120系列變頻器控制小車速度輸出，但程序只給定3 個固定速度輸出，即：最大速度，一級減速，二級減速，三種速度切換，無平滑過渡功能。三、提升機工作不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)撞卷現(xiàn)象。其主要原因為位置檢測元件易壞、經(jīng)常性的碼值跳變，提升機位置檢測對提升機是否能正確的穿進(jìn)卷眼中起到至關(guān)重要的作用。原有產(chǎn)線設(shè)計提升機位置檢測裝置為電阻尺，該元件安裝位在提升梁側(cè)面，且位置固定無法更改，自身碳刷環(huán)磨損的粉末容易積累在自身中，導(dǎo)致信號波動，無法準(zhǔn)確檢測提升梁實際位置，影響產(chǎn)線正常運行，且有安全隱患，必須定期或碼值發(fā)生跳變時更換電阻尺。

針對上述問題我們制定了與之對應(yīng)的解決方案：

一、為了解決小車定位不準(zhǔn)及定位精度低的問題，我們采用更加穩(wěn)定可靠的激光編碼器替代旋轉(zhuǎn)編碼器，改變安裝及采樣取值方式，實現(xiàn)小車穩(wěn)定運行。

入口運卷小車定位反饋原設(shè)計是由鏈條帶動齒輪拖動的模擬量編碼器，編碼器信號通過小車拖鏈電纜傳至遠(yuǎn)程ET200M中的計數(shù)模板內(nèi)。受齒輪和鏈條波動的影響，其定位控制精度低，且每次掉電小車位置消失后，需要對編碼器進(jìn)行手動標(biāo)定初始化。改造為激光編碼器后具有以下優(yōu)點：1、小車上只安裝了反光板，車體上無通信和供電電纜，免去拖鏈內(nèi)電纜維護，同時無需使用計數(shù)模板，降低備件消耗費用。2、控制定位精度大大提高，激光編碼器可以測量的最小值為0.001mm，且為直接測量小車本體位置，反饋碼值平滑穩(wěn)定無跳變。3、掉電碼值保持，免去手動標(biāo)定步驟上電即可恢復(fù)運卷過程。4、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變，減少了中間環(huán)節(jié)，大大降低了網(wǎng)絡(luò)故障風(fēng)險。

通過以上改造，目前入口運卷小車位置碼值穩(wěn)定，全年無定位事故，實現(xiàn)了改造的初衷，同時降低了備件維護成本和人力成本。

二、為了解決小車運行速度平滑過渡和精確停止定位的問題，我們對包裝機組卷運輸傳動系統(tǒng)進(jìn)行了改造，開發(fā)了運卷小車自動控制系統(tǒng)，編寫了G120通用控制模塊，同時優(yōu)化電機變頻器控制參數(shù)。

原設(shè)計采用G120系列變頻器控制小車速度輸出，程序只給定3 個固定速度值，即：最大速度，一級減速，二級減速。三種速度直接切換無過渡，小車速度無法精確控制。

G120系列變頻器為西門子設(shè)計生產(chǎn)的電機控制模塊，此模塊可通過DP/USS/Modbus/操作面板等進(jìn)行控制，在生產(chǎn)工藝復(fù)雜的現(xiàn)場，如小車行走電機控制，生產(chǎn)線傳動輥轉(zhuǎn)動控制上，一般采用DP總線和控制字的方式對現(xiàn)場電機進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制。源程序就是使用DP總線將控制字發(fā)送給G120模塊，但因控制字的種類有好多種，多次在不同程序段內(nèi)傳送控制字，如果程序邏輯錯誤，可造成控制字混亂，現(xiàn)場電機動作異常，造成危險。

開發(fā)通用G120控制模塊，是為了更方便的控制現(xiàn)場電機動作，使得程序可讀性更強，變頻器更容易控制，同時實現(xiàn)速度平滑過渡，掃除了源程序多次重復(fù)寫控制字的不便和混亂。

硬件組態(tài)時將對應(yīng)G120變頻器通信協(xié)議選擇為西門子353電文，即可使用G120模塊對現(xiàn)場電機進(jìn)行控制，此模塊共設(shè)置11個輸入和輸出管腳，各管腳說明如下：

V_IN：速度設(shè)定值（正負(fù)100，100對應(yīng)50Hz），ENABLE：上電，勵磁，E_STOP：急停OFF3，ACK：復(fù)位變頻器，INT_T：勵磁時間S5T#，V_DIR：速度正負(fù)控制或DIR控制，為1 時為速度正負(fù)控制，DIR_1：1方向，選擇方向控制時1 和2 必須有一個為1，否則不輸出，DIR_2：2方向，選擇方向控制時1 和2 必須有一個為1，否則不輸出，CTW1：連接變頻器控制字PQWXX，CTW2：連接變頻器控制字PQWXX+2，BREAK：抱閘輸出控制。

對現(xiàn)場小車行走電機的變頻器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，內(nèi)容包括：對小車進(jìn)行靜態(tài)辨識和動態(tài)優(yōu)化，根據(jù)電機銘牌初步建立電機模型。使變頻器得出電機的各項實際和具體的參數(shù)，有利于變頻器對電機實施更好的控制。

通過以上改造，入口上卷運輸小車實現(xiàn)了速度連續(xù)可調(diào)，配合激光編碼器，實現(xiàn)了位置精確定位，同時實現(xiàn)了勵磁保持功能，避免了舉卷和落卷過程中的位置抖動，實現(xiàn)了改造的初衷。

三、為了解決提升機工作不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)撞卷的問題，我們通過更換為更為穩(wěn)定的激光定位模擬量傳感器對提升機位置進(jìn)行測量。

提升機位置檢測對提升機是否能正確的穿進(jìn)卷眼中起到了至關(guān)重要的作用。原有位置檢測元件為一根2 米長的模擬量電阻尺，工作原理為拉桿拖動電刷在電阻上滑動，尾部主板首先測量電阻阻值，再轉(zhuǎn)換為4～20ma電流輸出給信號采集模板，該元件只能安裝在提升梁側(cè)面，提升機帶動拖桿進(jìn)行位置測量。正常包裝速度為大約每3 分鐘包裝1 卷，受不確定因素影響，一天時間電阻尺的抽拉次數(shù)為400次左右，每次的抽拉都會造成電阻尺自身碳刷及電阻板的磨損，磨損掉落的粉末容易積累在自身中，導(dǎo)致信號波動，碳刷和電阻板的磨損也會造成碼值跳動，使得提升機無法準(zhǔn)確提升到達(dá)設(shè)定位置，影響設(shè)備正常運行及人身安全，通常的做法為定期更換電阻尺或當(dāng)碼值跳變的時候更換新電阻尺。

通過對位置采集傳感器的篩選，同時控制備件成本和人力成本，最終選定模擬量激光測距傳感器。激光位置傳感器采用頂裝，激光向下打至漫反射板，避免了激光元件落塵導(dǎo)致數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，檢測元件變?yōu)榱朔墙佑|式，實現(xiàn)了檢測0 磨損，保證信號穩(wěn)定，無信號跳變的情況發(fā)生。既降低了提升機對人身及產(chǎn)品造成的危險及損壞，又無需定期更換電阻尺從而節(jié)約了備件成本和人力維護成本。

包裝機組改造升級過程中的程序均采用規(guī)范化代碼編程，程序邏輯清晰、條理分明，方便維護人員查找問題根源。激光定位改造、變頻調(diào)速系統(tǒng)改造、提升機改造，大大提高了包裝生產(chǎn)線的穩(wěn)定性，這些改造為包裝機組的穩(wěn)定運行起到了至關(guān)重要的作用。

作者簡介：

王禹（1988—），男，漢族，河北邯鄲人，工程師，主要從事冷軋生產(chǎn)線設(shè)備維護工作。