張力控制專用變頻器在開(kāi)卷復(fù)合生產(chǎn)線上的應(yīng)用

圖1 生產(chǎn)線示意圖

      二、生產(chǎn)線的工藝流程： 
      上料臺(tái)車(chē)將金屬卷材送至開(kāi)卷機(jī)上。板材由開(kāi)卷機(jī)引出，經(jīng)過(guò)展平機(jī)初步整平，送入修邊機(jī)實(shí)施板材縱剪，按工藝要求完成板材寬度的加工。校平機(jī)由15根校平輥（七上八下）和一對(duì)牽引輥組成，它也是這條生產(chǎn)線的主牽引機(jī)。經(jīng)過(guò)校平機(jī)后，平整的板材經(jīng)緩沖坑，然后，由定尺送進(jìn)按一定的板材長(zhǎng)度定量送入剪扳機(jī)實(shí)施板材剪切。皮帶機(jī)將加工完好的合格板材輸送到堆料小車(chē)上。兩臺(tái)碎邊機(jī)安裝在修邊機(jī)后，分別將縱剪下來(lái)的兩條下腳料破碎，以便運(yùn)輸存儲(chǔ)。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(dá)驅(qū)動(dòng)。

    由本生產(chǎn)線的工藝流程可以看出：開(kāi)卷、展平、修邊、碎邊和校平應(yīng)在一個(gè)線速度V1下同步運(yùn)行。定尺送進(jìn)和皮帶之間設(shè)有橫剪刀，因此，定尺送進(jìn)、皮帶和橫剪刀是斷續(xù)運(yùn)行，同時(shí)，它的運(yùn)行速度V2應(yīng)大于V1。在校平機(jī)與定尺送進(jìn)機(jī)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(yùn)行。 

三、電氣控制方案： 
        展平、修邊、碎邊和校平的運(yùn)行速度容易實(shí)現(xiàn)同步，只要將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度按照自身的減速器、傳動(dòng)輥?zhàn)拥鹊臋C(jī)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(kāi)卷工作中，由于卷徑是在不斷變化的，開(kāi)卷電機(jī)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(shuō)，如何解決開(kāi)卷機(jī)與整條生產(chǎn)線的運(yùn)行速度V1同步的問(wèn)題，是電氣設(shè)計(jì)的主要工作之一。 定尺送進(jìn)、橫剪刀和皮帶是斷續(xù)運(yùn)行。板材由定尺送進(jìn)機(jī)的牽引輥按照加工要求的長(zhǎng)度送入剪扳機(jī)進(jìn)行橫向剪切。因此，定尺送進(jìn)機(jī)是生產(chǎn)線的位置控制精度要求最高的設(shè)備。 
目前，開(kāi)卷機(jī)的控制有以下幾種方案： 
①、 電磁滑差調(diào)速：手動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)卷機(jī)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(dòng)跟隨生產(chǎn)線的線速度。 
張力控制的實(shí)施又分為：力矩電機(jī)、直流電機(jī)、張力控制器等。 
方案①的優(yōu)點(diǎn)：電氣控制簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。缺點(diǎn)：控制方式陳舊，勞動(dòng)量大，效率低，耗能高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)運(yùn)行。 
方案②的優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。缺點(diǎn)：控制復(fù)雜，造價(jià)高昂。 
我們經(jīng)過(guò)調(diào)研，決定采用TD3300張力控制交流變頻器，使開(kāi)卷機(jī)在張力的控制下，自動(dòng)跟隨生產(chǎn)線的線速度。在自動(dòng)化程度不降低的前提下，大大降低了開(kāi)卷生產(chǎn)線的制造成本，提高了性能價(jià)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(jī)作為定尺送進(jìn)機(jī)的拖動(dòng)。在幾何精度要求不高的開(kāi)卷橫剪線上，也可采用（編碼器+交流電機(jī)）的控制方式驅(qū)動(dòng)定尺送進(jìn)機(jī)，這樣的電氣系統(tǒng)更簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。 

四、開(kāi)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(jiàn)圖2 
 

        整條生產(chǎn)線由一臺(tái)艾默生產(chǎn)的EC20系列的可編程序控制器統(tǒng)一控制。通過(guò)RS485接口和方便的內(nèi)部指令，可與變頻器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(yùn)行速度的統(tǒng)一：生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行速度V1由校平機(jī)的速度調(diào)節(jié)電位器R5給定。修邊、碎邊、展平的電機(jī)速度可以通過(guò)下面的公式計(jì)算出與V1同步的轉(zhuǎn)速： 

R=V1×Jb／πφ 
式中：R—電機(jī)轉(zhuǎn)速 
V1—連續(xù)運(yùn)行的線速度 
Jb—機(jī)械速比 
φ—傳動(dòng)輥直徑 
π—常數(shù) 

開(kāi)卷電機(jī)的轉(zhuǎn)度－－利用TD3300張力控制特性，自動(dòng)跟隨連續(xù)運(yùn)行速度V1。 
        通過(guò)PLC內(nèi)部的變頻器指令，讀出V1線上的即時(shí)運(yùn)行頻率，經(jīng)換算，得出定尺送進(jìn)和皮帶的斷續(xù)運(yùn)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(jìn)和皮帶以V2的速度同步運(yùn)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(jiàn)—變頻器的用戶手冊(cè)） 
         TD3300張力控制專用變頻器是力矩電機(jī)、直流電機(jī)等卷曲類控制理想的替代產(chǎn)品。它優(yōu)點(diǎn)是：控制簡(jiǎn)潔、易于維護(hù)、造價(jià)低等，具有較高的性能價(jià)格比。 
具體的參數(shù)設(shè)定如下表（僅供參考）： 
六、結(jié)論： 
         開(kāi)卷機(jī)如何與生產(chǎn)線上的其他設(shè)備同步運(yùn)行，是開(kāi)卷生產(chǎn)線電氣控制焦點(diǎn)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(kāi)卷機(jī)與生產(chǎn)線同步運(yùn)行的問(wèn)題。 
        生產(chǎn)線上連續(xù)運(yùn)行速度V1與斷續(xù)運(yùn)行速度V2之間的匹配關(guān)系，需要在生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，根據(jù)緩沖坑等實(shí)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(shí)現(xiàn)了無(wú)縫對(duì)接，保證了電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行，大大提高了性能價(jià)格比。