黃昱揚(yáng) 曹尚標(biāo) 施文振

廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣西 柳州 545002

引言

熱軋板帶是將鋼坯加熱后經(jīng)過多道軋制而成的金屬材料，其厚度一般在1.2~25.4mm之間，寬度在600~2100mm之間。熱軋板帶的生產(chǎn)過程需要經(jīng)過多道工序，這些工序?qū)堓佊休^高的要求，因此需要高精度的數(shù)控系統(tǒng)[1]。數(shù)控系統(tǒng)是指由計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字設(shè)備對(duì)機(jī)床進(jìn)行指令或數(shù)據(jù)輸入，并通過執(zhí)行器對(duì)機(jī)床進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的核心部件，決定了機(jī)床的性能和質(zhì)量。西門子840D sl系統(tǒng)是一種高端的數(shù)控系統(tǒng)，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜和苛刻的加工工藝，能應(yīng)用于各種類型的數(shù)控機(jī)床上，如車削、銑削、磨削等。該系統(tǒng)具有高性能的硬件架構(gòu)、智能的控制算法、高級(jí)的驅(qū)動(dòng)和電機(jī)技術(shù)，以及開放和靈活的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 西門子840D sl系統(tǒng)的組成

西門子840D sl系統(tǒng)由數(shù)控單元（NCU）、操作面板（PCU）、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（SINAMICS S120）和PLC系統(tǒng)（SIMATICS7-300）組成，采用模塊化的設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同的機(jī)床類型和需求進(jìn)行靈活的配置和擴(kuò)展。數(shù)控單元（NCU）是西門子840D sl系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)執(zhí)行數(shù)控程序及控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和狀態(tài)。NCU包括CPU模塊、內(nèi)存模塊、接口模塊等組件，可根據(jù)不同的軸數(shù)和性能要求選擇不同型號(hào)的NCU。NCU的CPU模塊采用最新的多核處理器技術(shù)，具有高速運(yùn)算能力和大容量存儲(chǔ)空間。NCU的接口模塊提供了多種通信接口，如以太網(wǎng)、DRIVE-CLIK和PROFIBUS等，可實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)或設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)交換。操作面板（PCU）是西門子840D sl系統(tǒng)的人機(jī)交互部件，操作員通過操作觸摸屏與系統(tǒng)交互。在操作面板上，操作員可以輸入數(shù)控程序、監(jiān)視機(jī)床狀態(tài)、進(jìn)行診斷、調(diào)整參數(shù)和啟動(dòng)任務(wù)。PLC（可編程邏輯控制器）用于控制輔助功能、工件夾緊、刀具切換和邏輯運(yùn)算。PLC與NCU協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)全面的機(jī)床控制[2]。驅(qū)動(dòng)器單元用于控制伺服電機(jī)、主軸電機(jī)和其他運(yùn)動(dòng)部件的模塊。每個(gè)機(jī)床軸通常都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器單元，以確保精確的運(yùn)動(dòng)控制。I/O模塊（輸入/輸出模塊）這些模塊連接到機(jī)床的傳感器和執(zhí)行器，用于數(shù)據(jù)交換和外部設(shè)備控制。它們?cè)试S機(jī)床與其他設(shè)備、傳感器和外部系統(tǒng)集成。編程終端是用于創(chuàng)建、編輯和管理數(shù)控程序的設(shè)備。操作員可以在編程終端上編寫加工任務(wù)的指令，然后將它們傳輸?shù)絅CU進(jìn)行執(zhí)行。通信接口用于與其他設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程監(jiān)控。通信接口可能包括以太網(wǎng)端口、Fieldbus接口等，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成和聯(lián)網(wǎng)。這些組件協(xié)同工作，使數(shù)控機(jī)床能夠執(zhí)行高精度的加工任務(wù)，并具備自動(dòng)化和監(jiān)控功能。

2 840D sl系統(tǒng)技術(shù)原理及關(guān)鍵特點(diǎn)

在熱軋板帶生產(chǎn)中，軋輥磨削是確保產(chǎn)品精度和表面質(zhì)量的不可或缺的步驟。840D sl系統(tǒng)的配置靈活性允許操作員根據(jù)不同工件要求進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，從而滿足多樣化的生產(chǎn)需求。這些參數(shù)可能包括軋輥磨削速度、進(jìn)給速度、磨削深度等，每一個(gè)參數(shù)的調(diào)整都對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。磨削過程中840D sl系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軋輥的位置和狀態(tài)，根據(jù)工件要求進(jìn)行高精度磨削。其高性能數(shù)控控制器確保了運(yùn)動(dòng)軸的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)和準(zhǔn)確的磨削速度[3]。磨削過程中，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速磨削，同時(shí)保持軋輥表面的光潔度，這是確保產(chǎn)品表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。840D sl系統(tǒng)不僅確保了尺寸精度，還監(jiān)測(cè)并控制了表面質(zhì)量、圓度和直線度，確保每個(gè)工件都符合規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)通過內(nèi)置的傳感器實(shí)時(shí)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。840D sl系統(tǒng)的關(guān)鍵特點(diǎn)高精度控制和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性并具備卓越的運(yùn)動(dòng)控制能力，可以在亞毫米級(jí)別實(shí)現(xiàn)精度控制。其高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性意味著可以迅速適應(yīng)磨削過程中的變化，確保了工件的高質(zhì)量。這種高精度控制對(duì)于滿足越來越嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量要求至關(guān)重要。西門子840D sl系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析的能力，系統(tǒng)采集大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括軋輥磨削速度、軋輥溫度和工件尺寸等。這些數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)分析算法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以快速檢測(cè)出任何潛在的問題，從而降低廢品率和生產(chǎn)線停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析還有助于預(yù)測(cè)設(shè)備的維護(hù)需求，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障并采取措施，減少維修時(shí)間。

3 840D sl系統(tǒng)在熱軋板帶廠應(yīng)用效果

以下為840D sl系統(tǒng)在熱軋板帶廠應(yīng)用效果，圖1為系統(tǒng)主要框架的示意圖。數(shù)控系統(tǒng)采用NCU720.3版本、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為兩臺(tái)S120、PLC系統(tǒng)為ET200SP、TCU采用30.3版本以及OP15A、IPC427E、MCP483C等系統(tǒng)組件。該840D sl系統(tǒng)通過控制機(jī)床的X軸、Z軸、X1軸、U軸伺服電機(jī)，以及A光柵尺、B光柵尺、X軸光柵尺、X1軸光柵尺，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)對(duì)刀；標(biāo)準(zhǔn)環(huán)校正；軋輥機(jī)械安裝誤差自動(dòng)測(cè)量；軋輥輥型測(cè)量；軋輥圓度測(cè)量，軋輥測(cè)量數(shù)據(jù)分析等一系列軋輥加工工藝。實(shí)現(xiàn)了軋輥的全自動(dòng)測(cè)量、校正、磨削、精度驗(yàn)證及數(shù)據(jù)分析的完整工藝。該系統(tǒng)應(yīng)用后機(jī)床不僅運(yùn)行穩(wěn)定，作業(yè)率高，并能確保每個(gè)軋輥都有較高的加工精度。此外該系統(tǒng)還可直接與各級(jí)數(shù)據(jù)化系統(tǒng)接軌，圖2展示了840D sl系統(tǒng)與集控中心PES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)互聯(lián)。通過升級(jí)840D sl系統(tǒng)的控制軟件，通過交換機(jī)與PIS管控服務(wù)器通訊，就實(shí)現(xiàn)了840D sl系統(tǒng)與PES服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸。通過接入PES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)床的數(shù)字化管理。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)床性能和工件加工質(zhì)量實(shí)際監(jiān)控及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，加工軋輥的統(tǒng)籌調(diào)度，還可以通過收集數(shù)據(jù)，如溫度、振動(dòng)和切削力等，將其用于預(yù)測(cè)機(jī)床維護(hù)需求，能夠進(jìn)一步減少機(jī)床的停機(jī)時(shí)間。通過添加遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能，操作員可以遠(yuǎn)程訪問數(shù)控系統(tǒng)，監(jiān)視生產(chǎn)過程并及時(shí)進(jìn)行必要的調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)操作員同時(shí)操作多臺(tái)機(jī)床，這充分提高了靈活性及減低了人力成本[4]。經(jīng)過數(shù)字化改造的840D sl數(shù)控系統(tǒng)帶來了顯著的益處，加工速度增加，同時(shí)保持了高精度，減少了生產(chǎn)周期，生產(chǎn)效率提高了20%以上。數(shù)字化改造實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)性維護(hù)，降低了突發(fā)性故障，維護(hù)成本減少了30%。產(chǎn)品表面質(zhì)量得到顯著改善，缺陷率降低了50%。確保每個(gè)工件都達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 系統(tǒng)主要框架示意圖

圖2 840D sl系統(tǒng)數(shù)據(jù)互聯(lián)框架圖

4 結(jié)束語

西門子840D sl系統(tǒng)是一種先進(jìn)而強(qiáng)大的數(shù)控系統(tǒng)，能夠滿足熱軋板帶廠軋輥磨削的各種控制需求，為軋線提供優(yōu)質(zhì)而高效的軋輥加工服務(wù)，該系統(tǒng)在熱軋板帶廠中有著廣泛的應(yīng)用和良好的效果。