拉彎矯直機組的電氣控制系統(tǒng)

摘要：拉彎矯直機主要用于薄帶材的矯直，在我國的應用越來越廣泛。文章分析了拉彎矯直機組的特點，介紹了某拉彎矯直機組的設備組成及參數(shù)，并重點介紹了其電氣控制系統(tǒng)。

關鍵詞：拉彎矯直機組；電氣控制；PLC

隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，印刷業(yè)、家用電器行業(yè)、電子行業(yè)對帶材的平直度要求越來越高，板帶材加工廠利用拉彎矯直機對帶材進行矯直，通過連續(xù)拉伸和彎曲，使帶材產(chǎn)生塑性延伸，達到改善帶材板形的目的。

近年來，鋁加工行業(yè)對鋁板材技術要求越來越高，特別是對板材的平直度及其表面質(zhì)量日趨嚴格。因此國內(nèi)不少企業(yè)引進了現(xiàn)代化鋁帶材拉彎矯直機，通過提高鋁帶材的表面質(zhì)量來提高產(chǎn)品的整體質(zhì)量，最終實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟效益的提高。

1拉彎矯直機組的特點

帶材板形缺箔產(chǎn)生的實質(zhì)是由于帶材在寬度方向上具有不同的內(nèi)應力，使之沿寬度方 向上相鄰的縱向纖維之間在長度方向上產(chǎn)生了很小的長度差。要想得到板形平整的板帶材，只需對帶材長度方向上施以超過材料屈服極限的應力，使長、短纖維同時產(chǎn)生一定的塑性變形，在應力松弛后，延伸變長的纖維仍然保留，從而使帶材內(nèi)部縱向纖維間的長度和內(nèi)應力趨于相同，且方向一致，即能達到矯平的目的。拉彎矯直機就是根據(jù)材料的彈塑性延伸理論對帶材進行矯平的。其基本原理為，需矯平的帶材在張力輥組施加的張力作用下連續(xù)通過上下交替布置的多組小直徑的彎曲輥，在拉伸和彎曲的聯(lián)合作用下沿長度方向 產(chǎn)生了塑性 的縱向延伸，使帶材各條縱向纖維的長度趨向于一致，從而減小帶材內(nèi)部縱向內(nèi)應力分布的不均勻性，改善帶材的平直度。

拉彎矯直機主要由兩部分組成，一部分是矯直單元，另一部分是張力輥組及其傳動部分。矯直單元包括產(chǎn)生塑性延伸，消除板形缺陷的彎曲輥組和負責消除橫向與縱向翹曲的矯直輥。張力輥組由入口張力輥組和出口張力輥組組成，負責提供矯直所需的張力。

生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)的主要功能：根據(jù)當前運行卷材的實際卷徑及帶材厚度自動減速到穿帶速度；根據(jù)設定的帶材寬度對開卷機作帶材對中控制；卷取機配置的帶材邊部測量裝置自動控制帶材對中開卷機張力控制；卷取機張力控制；生產(chǎn)線配置帶材平直度測量輥，用于帶材的平直度測量和顯示；自動控制程序能實現(xiàn)穿帶反轉運行及開卷機卷軸上剩余帶材的自動處理；測量系統(tǒng)能對自動S張緊輥組和張力 S張緊輥組進行滑動監(jiān)視，自動高度調(diào)節(jié)；自動傾斜調(diào)節(jié)；自動支撐調(diào)節(jié)。

2 設備組成及主要技術參數(shù)

我國某公司生產(chǎn)的拉彎矯直機組由直流電機拖動，PLC+觸摸屏控制。系統(tǒng)速度無級可調(diào)，觸摸屏輸入板材厚度和寬度參數(shù)后，PLC自動調(diào)整各輥的速度和張力參數(shù)。系統(tǒng)運行平穩(wěn)，操作簡單，維護方便，矯直范圍廣，矯直精度高、生產(chǎn)效率高等特點。

拉彎矯直機生產(chǎn)線的主要工作是將經(jīng)冷軋機軋制完畢的板材經(jīng)開卷、入口S輥、矯直機、出口S輥、卷取機，最終生產(chǎn)出延伸率達到要求的成品卷。主要設備有開卷機、入口S輥、精矯直機、出口S輥、卷取機等。系統(tǒng)組成見圖1：

其中：1：開卷機，2：入口1#S輥，3：入口2#S輥，4：精矯直機，5：出口3#S輥，6：出口4#S輥，7：卷取機。

設備技術參數(shù)：帶材來料：鋁、鋼；最高機列速度：120m/min、卷徑：φ505-φ1650mm、來料寬度：700-1000mm、來料厚度：0.1-1.5mm最大卷重：4000kg ；來料板型：≤40I；拉彎控制板形：≤3I；電氣控制：PLC+觸摸屏+直流調(diào)速器。

3電氣控制系統(tǒng)原理及特點

電氣控制系統(tǒng)構成：電控系統(tǒng)由PLC+觸摸屏+直流調(diào)速器組成，系統(tǒng)以PLC為核心，主操作臺和開卷及收卷操作臺為子站，通過Profibus網(wǎng)絡把各子站與各直流調(diào)速器連成一體，開卷、收卷電機配有編碼器，可計算線速度和卷徑，實行恒張力控制。

3.1電氣系統(tǒng)控制的原理及過程

拉彎矯直機生產(chǎn)線的主要控制要求是控制2#S輥和3#S輥之間的速度差，從而使板材達到設定的延伸率改變板材的物理特性。因此需選擇相應能夠達到控制要求的器件來組成控制系統(tǒng)。根據(jù)以上條件我們選擇SIEMENS 公司生產(chǎn)的S5-135U系列PLC，通過PROFIBUS-DP通訊總線和現(xiàn)場操作臺內(nèi)的輸入輸出從站連接，直流電機驅(qū)動器選擇C.T.公司的MENTOR-II系列控制器。PLC系統(tǒng)選用928B，CPU、IP281高速計數(shù)器、IM308C通訊處理器、ET200U遠程IO從站及其它開關量、模擬量輸入輸出模塊?？刂葡到y(tǒng)通過連接于2、3#S輥的高速計數(shù)器計算延伸率控制2、3#輥的轉速差實現(xiàn)延伸率的閉環(huán)控制；根據(jù)線速度和開卷機、卷取機轉速計算卷徑控制其電樞電流和勵磁電流實現(xiàn)恒張力卷繞控制。 其自動控制系統(tǒng)見圖2：

3.2 PLC程序結構及特點

電氣控制系統(tǒng)的控制程序采用結構化編程方式，各部分功能由獨立的程序塊實現(xiàn)，這樣就保證了程序的可讀性和可維護性?？刂瞥绦蛑饕?初始化、機列控制、輔助設備控制、電機控制接口、延伸率測量、延伸率閉環(huán)控制、卷徑計算、速度分配、轉矩分配、設定顯示、報警處理、接口數(shù)據(jù)等。

主要控制過程及特點如下：

PLC控制2、3#S輥速度差實現(xiàn)閉環(huán)延伸率控制；PLC控制開卷及卷取實現(xiàn)恒張力卷繞控制；1、4#S輥的電流分別受控于2、3#S輥實現(xiàn)恒轉矩控制；高速計數(shù)器觸發(fā)過程中斷實現(xiàn)快速響應，滿足實時性要求；控制程序結構化編程，方便調(diào)試和維護；PLC采用Profibus總線結構的主從方式與操作臺PLC通訊，大大地減少了現(xiàn)場電纜及接線工作，同時系統(tǒng)的可靠性也得到較大提高。

3.3 電氣控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

根據(jù)通過人機界面設定的延伸率、板材寬度、厚度、運行速度等參數(shù)，計算出各電機的速度給定分配值，并根據(jù)工藝要求計算各部分張力的分配關系，從而產(chǎn)生初始延伸率控制和張力控制。當機組運行速度超過最高速度的10%以后，自動投人延伸率閉環(huán)控制，通過延伸率PID環(huán)控制輸出，調(diào)整出口張力輥的速度分配。通過測量張力輥和開卷、卷取機的轉速可得到開卷、卷取實際卷徑。根據(jù)所測量的卷徑調(diào)整開卷機、卷取機的轉矩給定保持張力恒定。

結語

綜上所述，采用以上控制方式的拉彎矯機組電氣控制系統(tǒng)在運行中達到了良好的效果，延伸率、張力控制隱定可靠，板形及表面質(zhì)量達到了要求。電控系統(tǒng)由PLC+觸摸屏+直流調(diào)速器組成，并以PLC為核心，通過Profibus網(wǎng)絡把各子站與各直流調(diào)速器連成一體，電氣系統(tǒng)接線簡單，穩(wěn)定可靠，故障率低，維護方便，得到廣大客戶的好評。

我公司使用的1700拉彎矯直機控制系統(tǒng)先進，最大速度可達150m/min；另外可以實現(xiàn)拉矯、清洗和涂油功能，特別是帶高低壓水清洗系統(tǒng)，充分保證了板面的清潔性；另外精度較高，可以將產(chǎn)品厚度控制在0.2－1.0mm之間，寬度控制在1550mm以內(nèi)，最小不平度可控制在3I內(nèi)，對提高產(chǎn)品質(zhì)量起到了很大的作用，在滿足用戶需求的同時極大地我公司的經(jīng)濟效益。

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