460毫米幅寬成卷鋼板校平剪板機臺達自動控制系統(tǒng)

   1 引言

　　 板材廠生產(chǎn)的幅寬成卷鋼板一般需要經(jīng)過校平和分剪, 才能成為最終產(chǎn)品提供給客戶使用，因此鋼板校平剪板機是鋼板廠和板材倉庫重要的生產(chǎn)設(shè)備。由于傳統(tǒng)的剪板機在使用方面存在諸多問題，針對傳統(tǒng)鋼板校平剪板機存在的生產(chǎn)效率和剪切定位精度低的問題，研制了基于臺達工控產(chǎn)品的460毫米幅寬成卷鋼板校平剪板機自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用，運行穩(wěn)定可靠，控制精度高，維護使用方便，受到用戶好評。本文從工藝技術(shù)角度對研制過程中的某些關(guān)鍵技術(shù)和工程實現(xiàn)相關(guān)問題作些討論。

　　2 鋼板裁剪工藝簡介與傳統(tǒng)裁剪控制存在的問題

　　2．1 裁剪工藝流程簡介

　　 裁剪工藝流程如圖1所示，裁剪系統(tǒng)由送料、校平、切板、皮帶傳送和堆放成品等5 個子系統(tǒng)組成。原材料卷板(約3-5mm后的鋼板)經(jīng)送料機和壓平機后，經(jīng)過4m長的緩沖地坑后傳送至校平子系統(tǒng)作校平

圖1 裁剪工藝流程圖

　　 定位，按照給定切長要求定位后，切板機將鋼板裁切成成品，最后經(jīng)皮帶送出堆放包裝。系統(tǒng)運行中，位于地坑中的光電開關(guān)用于根據(jù)鋼板下垂程度以啟動或停止送料機送料，以便保持送料速度與校平機運行速度相匹配，操作人員可通過觸摸屏人機界面輸入每刀剪切的長度與裁切的刀數(shù)，設(shè)定完成后啟動系統(tǒng)自動投入運行。裁切工藝的具體技術(shù)指標要求是：校平剪板機要求在裁切長度2m時，其速度能達到每分鐘裁切8次，鋼板長度相對誤差在5mm之內(nèi)。

　　2.2 工藝數(shù)據(jù)要求

　　 根據(jù)裁剪工藝需要及物理計算，滿足工藝技術(shù)指標的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)配置為：送料機功率，7.5kW；校頻機減速電機功率為3.7 kW，減速比為15：1；切板機電機功率，4 kW；皮帶傳送電機功率，3.7 kW； 校頻機滾軸直徑，108mm；編碼器分辨率，500ppr；送料機最高速度，25m/min；切板機速度，60次/min；原料鋼板厚度為3-5 mm，寬度小于460mm；緩沖地坑：4m長，3m深。

　　2.3 傳統(tǒng)裁剪控制系統(tǒng)存在的問題

　　 按上述工藝數(shù)據(jù)要求對這類控制系統(tǒng)進行設(shè)計并不困難，但由于傳統(tǒng)解決方案存在的缺陷，往往留下諸多遺憾。如對低端設(shè)備而言，傳統(tǒng)實現(xiàn)方法一般采用直流調(diào)速系統(tǒng)，實施方案的缺點是：系統(tǒng)笨重、耗電量大、調(diào)試復(fù)雜、維護成本高；在定位控制方式方面，一般采用讀取行程開關(guān)信號后通過預(yù)減速配合氣壓制動的定位方式, 剪切效率很低, 誤差較大。而對高端設(shè)備，一般采用直流伺服技術(shù)，雖然精度和效率得以保證，但價格非常昂貴，產(chǎn)品性能價格比難以令人滿意。

　　 隨著計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和矢量變頻調(diào)速技術(shù)的高速發(fā)展, 如何采用先進的控制技術(shù)構(gòu)造性能價格比優(yōu)異的剪切控制系統(tǒng)，是人們關(guān)注的焦點，中達電通公司為此提供了基于臺達工控產(chǎn)品的整體配套控制方案，比較好地解決了存在的問題。

　　3 基于臺達工控產(chǎn)品的裁剪自動控制系統(tǒng)

　　3．1 控制原理簡介

[$page]　　 基于臺達工控產(chǎn)品的裁剪控制系統(tǒng)整體解決方案控制框圖如圖2所示。系統(tǒng)采用編碼器、PLC、矢量變頻器構(gòu)成自動控制系統(tǒng)以實現(xiàn)精確定位。長度定位采用臺達編碼器500PPR與校平送料滾軸直連方式以

圖2 整體解決方案的控制框圖

　　 實現(xiàn)準確測量。校平機由3.7Kw減速比為15：1的減速電機驅(qū)動，用電磁抱閘強制克服鋼材運動的慣性以利于被加工對象的準確定位。采用觸摸屏人機界面作為指令和數(shù)據(jù)上行下達的窗口，通過人機界面與DVP16EH00R通訊，其數(shù)據(jù)和指令經(jīng)過PLC控制現(xiàn)場設(shè)備。在定位系統(tǒng)中,由于臺達EH內(nèi)建完全開放的經(jīng)典PID指令，以該指令為核心，可以在PID運算的過程中，方便快速地隨時動態(tài)修正計算結(jié)果，P/I/D等所有關(guān)鍵參數(shù)可隨時修正，通過控制算法的動態(tài)修正，彌補了異步電機響應(yīng)滯后的不足。采用動態(tài)PID連續(xù)定位算法 ,使處于速度模式下的矢量變頻器可以非常準確地控制異步電機定位。在該算法下,變頻器的給定轉(zhuǎn)速處于變化狀態(tài),由PLC內(nèi)置的RS485接口與變頻器自帶的485接口以115200BPS的高速通訊完成速度給定和狀態(tài)檢測，以低成本方式取代原來需要交流伺服才能完成的功能,實現(xiàn)了準確的切長控制。系統(tǒng)中現(xiàn)場設(shè)備的各類DI信號反饋到DVP-EH可編程控制器，經(jīng)運算后將結(jié)果輸出至執(zhí)行器執(zhí)行以實現(xiàn)安全可靠的穩(wěn)定控制。

　　3.2 關(guān)鍵數(shù)據(jù)計算及控制方案說明

　　 滾軸直徑為108mm，周長為3.1415*108=339mm。編碼器采用2倍頻計數(shù)，則編碼器計數(shù)的精度為339/1000=0.339mm。切板機每切一次的時間為1s，滾軸帶動板材 以30m/min的速度可以滿足要求。如按加速到最大速度的時間為2s，減速到0的時間為2s計算，一分鐘內(nèi)有60-8-4*8=20s的時間系統(tǒng)以最高速度運行。一分鐘運行的距離為20*30/60+30*4*8*0.5