我公司最近研發(fā)生產(chǎn)的金屬薄板開卷修邊校平橫剪復(fù)合生產(chǎn)線，應(yīng)用了當前最先進的電氣控制技術(shù)。采用了TD3300張力控制專用變頻器，成功地解決了開卷機與生產(chǎn)線同步運行的問題。現(xiàn)將本生產(chǎn)線的設(shè)計過程概述如下,僅供參考。

一、生產(chǎn)線的工藝流程：

上料臺車將金屬卷材送至開卷機上。板材由開卷機引出，經(jīng)過展平機初步整平，送入修邊機實施板材縱剪，按工藝要求完成板材寬度的加工。校平機由15根校平輥（七上八下）和一對牽引輥組成，它也是這條生產(chǎn)線的主牽引機。經(jīng)過校平機后，平整的板材經(jīng)緩沖坑，然后，由定尺送進按一定的板材長度定量送入剪扳機實施板材剪切。皮帶機將加工完好的合格板材輸送到堆料小車上。兩臺碎邊機安裝在修邊機后，分別將縱剪下來的兩條下腳料破碎，以便運輸存儲。為了提高生產(chǎn)效率，加快剪切速度，本生產(chǎn)線上的橫剪刀采用液壓馬達驅(qū)動。

由本生產(chǎn)線的工藝流程可以看出：開卷、展平、修邊、碎邊和校平應(yīng)在一個線速度V1下同步運行。定尺送進和皮帶之間設(shè)有橫剪刀，因此，定尺送進、皮帶和橫剪刀是斷續(xù)運行，同時，它的運行速度V2應(yīng)大于V1。在校平機與定尺送進機之間的緩沖坑，其作用是：平衡V1和V2之間的速度關(guān)系，保證生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行。

二、開卷復(fù)合生產(chǎn)線示意圖：

圖1 生產(chǎn)線示意圖

三、電氣控制方案：

展平、修邊、碎邊和校平的運行速度容易實現(xiàn)同步，只要將電機的旋轉(zhuǎn)速度按照自身的減速器、傳動輥子等的機械參數(shù)折算成線速度，與生產(chǎn)線的線速度V1統(tǒng)一即可。

在開卷工作中，由于卷徑是在不斷變化的，開卷電機的旋轉(zhuǎn)速度與生產(chǎn)線的線速度V1很難找到匹配關(guān)系。換句話說，如何解決開卷機與整條生產(chǎn)線的運行速度V1同步的問題，是電氣設(shè)計的主要工作之一。

定尺送進、橫剪刀和皮帶是斷續(xù)運行。板材由定尺送進機的牽引輥按照加工要求的長度送入剪扳機進行橫向剪切。因此，定尺送進機是生產(chǎn)線的位置控制精度要求最高的設(shè)備。

目前，開卷機的控制有以下幾種方案：

①、 電磁滑差調(diào)速：手動調(diào)節(jié)開卷機的轉(zhuǎn)速，使之與生產(chǎn)線的線速度一致。
②、 張力控制：利用板材表面張力恒定的原理，使之自動跟隨生產(chǎn)線的線速度。

張力控制的實施又分為：力矩電機、直流電機、張力控制器等。

方案①的優(yōu)點：電氣控制簡單，造價低廉。缺點：控制方式陳舊，勞動量大，效率低，耗能高，無法實現(xiàn)生產(chǎn)線的自動運行。

方案②的優(yōu)點：操作簡單，自動化程度高。缺點：控制復(fù)雜，造價高昂。

我們經(jīng)過調(diào)研，決定采用艾默生TD3300張力控制交流變頻器，使開卷機在張力的控制下，自動跟隨生產(chǎn)線的線速度。在自動化程度不降低的前提下，大大降低了開卷生產(chǎn)線的制造成本，提高了性能價格比。

由于生產(chǎn)線要求的幾何精度較高，所以，我們采用了交流伺服電機作為定尺送進機的拖動。在幾何精度要求不高的開卷橫剪線上，也可采用（編碼器+交流電機）的控制方式驅(qū)動定尺送進機，這樣的電氣系統(tǒng)更簡單、經(jīng)濟。

四、開卷校平復(fù)合剪切生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)：

電氣系統(tǒng)圖見圖2

圖2 電氣系統(tǒng)圖

拖動系統(tǒng)配置見表1：

表1：開卷校平復(fù)合剪切生產(chǎn)線的拖動系統(tǒng)配置表

整條生產(chǎn)線由一臺艾默生產(chǎn)的EC20系列的可編程序控制器統(tǒng)一控制。通過RS485接口和方便的內(nèi)部指令，可與變頻器實現(xiàn)實時的信息通訊。此舉不僅節(jié)省了“模/數(shù)”轉(zhuǎn)換模塊，而且，也消除了不同系列產(chǎn)品之間的通訊存在著協(xié)議誤碼的隱患。

控制流程圖如下：

圖3 控制流程圖

運行速度的統(tǒng)一：生產(chǎn)線連續(xù)運行速度V1由校平機的速度調(diào)節(jié)電位器R5給定。修邊、碎邊、展平的電機速度可以通過下面的公式計算出與V1同步的轉(zhuǎn)速：

R=V1×Jb／πφ

式中：R—電機轉(zhuǎn)速
V1—連續(xù)運行的線速度
Jb—機械速比
φ—傳動輥直徑
π—常數(shù)

開卷電機的轉(zhuǎn)度--利用TD3300張力控制特性，自動跟隨連續(xù)運行速度V1。

通過PLC內(nèi)部的變頻器指令，讀出V1線上的即時運行頻率，經(jīng)換算，得出定尺送進和皮帶的斷續(xù)運行速度V2，按照一定的比例關(guān)系，分別設(shè)定速度給定。使定尺送進和皮帶以V2的速度同步運行，保證板材不被劃傷，保持板材原有的光潔度。

五、TD3300張力控制專用變頻器的設(shè)定：（參見—變頻器的用戶手冊）

TD3300張力控制專用變頻器是力矩電機、直流電機等卷曲類控制理想的替代產(chǎn)品。它優(yōu)點是：控制簡潔、易于維護、造價低等，具有較高的性能價格比。
具體的參數(shù)設(shè)定如下表（僅供參考）：

表2 TD3300張力控制專用變頻器參數(shù)設(shè)定表

六、結(jié)論：

開卷機如何與生產(chǎn)線上的其他設(shè)備同步運行，是開卷生產(chǎn)線電氣控制焦點所在。本生產(chǎn)線采用了TD3300張力控制專用變頻器，成功地解決了開卷機與生產(chǎn)線同步運行的問題。

生產(chǎn)線上連續(xù)運行速度V1與斷續(xù)運行速度V2之間的匹配關(guān)系，需要在生產(chǎn)線的現(xiàn)場調(diào)試時，根據(jù)緩沖坑等實地情況確定。

由于可編程控制器和變頻器等主要部件都采用了艾默生品牌，從而使它們之間的通訊實現(xiàn)了無縫對接，保證了電氣系統(tǒng)的安全運行，大大提高了性能價格比。

作者：濟南創(chuàng)捷工業(yè)控制技術(shù)有限公司 徐先哲