廣東亞鋁2 025 mm彩涂線涂機自動控制系統(tǒng)的研究

王 釗

(中國重型機械研究院有限公司，陜西 710032)

2011 年中國重型機械研究院有限公司為廣東肇慶亞州鋁業(yè)有限公司調(diào)試了一條自西馬克公司進口的2 025 mm 彩涂線設(shè)備。本文對2 025 mm 彩涂生產(chǎn)線中的重要設(shè)備——涂機的自動控制系統(tǒng)進行設(shè)計分析、探討。

1 設(shè)備組成

涂機輥系包括上表面測量輥(TSMR)、上表面掛料輥(TSPU)、上表面涂料輥(TSAP)、下表面涂料輥(BSAP)、下表面掛料輥(BSPU)、下表面測量輥(BSMR)。化學涂層厚度要求控制在0.4 μm～2 μm 范圍之內(nèi)，通過調(diào)節(jié)涂料輥、掛料輥的轉(zhuǎn)速和方向以及微調(diào)帶材與涂料輥/掛料輥之間的位置/壓力來實現(xiàn)。其中各輥傳動選用SIEMENS 6SE70 逆變器變頻調(diào)速，并且每個輥傳動側(cè)(DR)及操作側(cè)(OP)位置調(diào)整均分別配有力士樂飼服電機驅(qū)動，伺服驅(qū)動器隨時可根據(jù)位置或壓力控制信號進行動作調(diào)整。

2 自動控制系統(tǒng)配置

涂機飼服傳動系統(tǒng)選用德國力士樂Indradrive 飼服驅(qū)動器;涂輥壓力檢測選用德國海納(HAEHNE)KMB35(25 kN)壓力傳感器及DMA(數(shù)字測量放大器);PLC 控制系統(tǒng)采用西門子S7-300帶分布式I/O ET200 控制方案，PLC與ET200 從站、伺服驅(qū)動器之間組建PROFIBUS DP網(wǎng)通訊，與HMI 人機界面之間的信號傳送采用以太網(wǎng)通訊方式，并通過CP343-1 以太網(wǎng)通訊模塊與二級管理機之間建立連接。涂機主操作臺上設(shè)有1 臺HMI 監(jiān)控操作站，用于對涂機進行監(jiān)控操作，包括工作狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定、故障報警及診斷等。

3 人機界面

涂機運行主畫面設(shè)有“HMI”“L2”選擇按鈕。選擇“HMI”模式時，所有操作控制命令與數(shù)據(jù)均由操作工在觸摸屏上設(shè)置完成;選擇“L2”模式時，所有操作控制命令與數(shù)據(jù)均由L2 二級下達。當選擇“HMI”模式時，運行主畫面上設(shè)有6 個模式選擇按鈕，可分別選擇TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 工作在位置閉環(huán)控制模式(POSITION)或壓力閉環(huán)控制模式(FORCE)。畫面上還分別設(shè)有6 個輥DR 側(cè)及OP 側(cè)位置實際值(mm)和壓力實際值(kN)顯示。

位置模式畫面分別設(shè)有TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 傳動側(cè)(DR)及操作側(cè)(OP)的位置設(shè)定值(mm)和位置實際值(mm)，其中伺服電機位置行程最大范圍為80 mm。

當選擇位置閉環(huán)控制模式時，分別將每個輥子DR 側(cè)和OP 側(cè)位置目標值設(shè)定好后，按下“位置輸入確認”(POSITION ENTER)按鈕，則伺服驅(qū)動自動行駛到相應(yīng)位置目標值后停止，實現(xiàn)位置閉環(huán)控制。

壓力模式畫面分別設(shè)有TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 傳動側(cè)(DR)及操作側(cè)(OP)的壓力設(shè)定值(kN)和壓力實際值(kN)，其中涂料、掛料輥壓力設(shè)定最大范圍為10 kN，測量輥壓力設(shè)定最大范圍為2 kN。當選擇壓力閉環(huán)控制模式時，分別將每個輥子DR 側(cè)和OP 側(cè)壓力目標值設(shè)定好后，按下“壓力輸入確認”(FORCE ENTER)按鈕，則伺服驅(qū)動自動行駛到相應(yīng)壓力目標值后停止，實現(xiàn)壓力閉環(huán)控制。

當選擇“HMI”模式時，在“ROLL SPEED”畫面上可分別設(shè)定TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 主傳動相關(guān)參數(shù)并實時顯示其運行狀態(tài)。首先應(yīng)分別選擇設(shè)置好每個輥子“使能”(ENABLE)信號、“方向”(DIRECTION)信號，并分別設(shè)置好“輥徑”(DIAMETER)。當選擇“手動”(MANUAL)模式時，輥子以表面線速度手動設(shè)定值(SPEED SET)旋轉(zhuǎn)運行;當選擇“自動”(AUTO)模式時，分別設(shè)定每個輥子速度因子系數(shù)(SPEED FACTOR)，當彩涂機組主線運行時，涂機每個輥子按照機組實際線速度與相應(yīng)速度系數(shù)的乘積旋轉(zhuǎn)運行。

其中:SPEED SET 設(shè)定值范圍為0～100 m/min;SPEED FACTOR 設(shè)定值范圍涂料、掛料輥為0～1.0，測量輥為0～0.5;當涂機主傳動旋轉(zhuǎn)運行時，每個輥子實際線速度(ACTUAL SPEED)及實際負載(ACTUAL LOAD)實時顯示在畫面上;同時，涂機機組實際線速度(PROCESS LINE SPEED)也實時顯示在畫面上。

設(shè)備畫面中設(shè)有如下按鈕操作:

上表面刮刀啟/停(TOP SIDE DOCTOR BLADE ON/OFF);

下表面刮刀啟/停(BOTTOM SIDE DOCTOR BLADE ON/OFF);

升降輥刮刀伸出/縮回(DEFLECTOR ROLL BLADE APPLY/RETRACT);

升降輥刮刀伸出/縮回(LIFT ROLL BLADE APPLY/RETRACT);

下表面涂頭松開/鎖緊(BOTTOM SIDE COATER HEADS UNLOCK/LOCK);

畫面右上方設(shè)有升降輥位置顯示(LIFT ROLL POSITION);范圍為0～200 mm.。

TOP 側(cè)涂頭、BOTTOM 側(cè)升降輥設(shè)有“手動”(MANUAL)及“自動”(AUTO)選擇按鈕。當選擇“手動”時，由操作工在涂機操作控制箱上手動操作TOP 側(cè)涂頭進退動作和BOTTOM 側(cè)升降輥升降動作;當選擇“自動”時，兩側(cè)動作自動完成。

其中:當主線機組運行并無焊縫信號時，TOP側(cè)涂頭自動前進至涂料位置，BOTTOM 側(cè)升降輥自動降至0 mm;當主線機組停止或有焊縫信號時，TOP 側(cè)涂頭自動后退至焊縫位置，BOTTOM 側(cè)升降輥自動升至150 mm。

故障畫面上設(shè)有急停、測量輥狀態(tài)、掛料輥狀態(tài)、涂料輥狀態(tài)、托盤涂料液位、防護罩狀態(tài)等故障報警信息及故障復(fù)位按鈕，以便及時發(fā)現(xiàn)處理設(shè)備故障報警信息。

涂機現(xiàn)場操作控制箱上還設(shè)有TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 輥位置手動調(diào)整旋鈕，可對每個輥傳動側(cè)、操作側(cè)位置進行單獨點動調(diào)整，也可兩者同步點動調(diào)整。

4 PLC 硬件組態(tài)及伺服傳動參數(shù)設(shè)置

完成PLC 硬件組態(tài)配置后，打開Rexroth Indraworks Engineering 軟件，在工程項目中Master communication settings 目錄下完成伺服驅(qū)動裝置與PLC 通訊設(shè)置，包括通訊地址、波特率、循環(huán)時間等。數(shù)據(jù)交換定義為輸入輸出各5 個字，其中PLC 向伺服驅(qū)動裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)依次為總線控制字(P-0-4077)、信號控制字(S-0-0145)、位置給定(S-0-0282)，第四第五兩個字備用;伺服驅(qū)動裝置向PLC 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)依次為總線狀態(tài)字(P-0-4078)、信號狀態(tài)字(S-0-0144)、位置反饋(S-0-0051)，第四第五兩個字備用?？偩€控制字(P-0-4077)中bit0 定義為新位置設(shè)定觸發(fā)位，bit6 定義為正向點動，bit7 定義為反向點動，bit13～15 定義為裝置合閘使能工作。PLC 程序中位置設(shè)定值(mm)需乘以105倍換算后傳輸給伺服驅(qū)動裝置。同理，從伺服驅(qū)動裝置讀取位置反饋值時需除以105倍換算后才能得出實際值(mm)。

此外，在測量系統(tǒng)/電機編碼器(Measuring system/Motor encoder)目錄下，可設(shè)置編碼器類型(旋轉(zhuǎn)型或直線型)以及測量位置范圍等參數(shù)。在測量單元(scaling/units)、機械減速比(Mechanical gear)目錄下設(shè)置機械減速比等參數(shù)。在Drive control/overview/Mode of Motor Control 目錄下，設(shè)置為Field-oriented current control with encoder(帶編碼器的磁場導向電流控制)。在操作模式(operating modes)目錄下，設(shè)置為Drivecontrolled positioning，lagless，encoder 1。在Create position data reference/Data reference motor encoder目錄下，點擊Set Absolute Measuring 按鈕，則完成編碼器位置清零功能;在優(yōu)化/試車目錄下(optimization/commissioning)，可選擇快速調(diào)試模式(Easy start up mode)，設(shè)定速度給定值后可直接通過計算機串口控制伺服驅(qū)動器。在Local I/Os目錄下，可設(shè)置驅(qū)動器裝置端子開關(guān)量、模擬量輸入/輸出功能，方便控制使用。

5 結(jié)束語

廣東亞鋁2 025 mm 彩涂線涂機是目前國內(nèi)最為先進的涂機設(shè)備，自動控制系統(tǒng)自動化程度高，設(shè)計選型及功能先進，自投產(chǎn)以來一直可靠運轉(zhuǎn)，從而保障了彩涂線機組高效穩(wěn)定運行。

［1］Rexroth Indradrive 驅(qū)動控制器控制部分設(shè)計手冊［K］.上海:Bosch Rexroth AG，2004.

［2］Rexroth Indradrive 驅(qū)動控制器參數(shù)手冊［K］.上海;Bosch Rexroth AG，2004.