5Z35精密銅帶分條機(jī)原理

摘要：介紹由西門子S5 PLC和工業(yè)計(jì)算模塊組成的600銅帶分條機(jī)機(jī)的硬件配置和軟件組成，詳細(xì)闡述了該系統(tǒng)的過程控制、數(shù)據(jù)測量與計(jì)算、邊緣控制系統(tǒng)和工藝調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞：PLC；配置；控制；邊緣控制；軟件；系統(tǒng)

1.系統(tǒng)簡介

1.1.分條機(jī)簡介

精密銅帶分條機(jī)在目前國內(nèi)市場尚在起步階段，國外的相關(guān)技術(shù)已相當(dāng)成熟，國內(nèi)目前大型的金屬分條機(jī)制造商，主要集中在鋼帶分條機(jī)的制造，在有色金屬領(lǐng)域尚在研發(fā)階段，從原理和工藝上講鋼帶分條和有色金屬分條大同小異，但在過程控制和精度要求上完全不同，由于國內(nèi)機(jī)械加工的工藝和精度制約了國內(nèi)精密分條機(jī)的制造，尤其是在關(guān)鍵零部件制造上與國外同行業(yè)間的存在明顯的差異。分條機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)有兩個(gè)，一是電氣自動(dòng)化控制，二是關(guān)鍵機(jī)械部件（切割頭和刀具）的精度。

1.2.分條機(jī)的構(gòu)成和功能

按照設(shè)備的結(jié)構(gòu)，分條機(jī)主要由以下幾個(gè)部分組成：控制裝置、液壓裝置、開卷裝置、切割裝置、邊緣控制調(diào)節(jié)裝置、廢料切除裝置、摩擦裝置、收卷裝置、上下料裝置。

2.分切流程（參見圖一）

按照客戶的要求，作好刀具的排列并將刀具安裝切割刀軸上，通過上料小車，將要進(jìn)行切割的母卷材料安放到開卷機(jī)上，并加緊。依次手動(dòng)拉動(dòng)材料通過張力控制裝置，切割裝置。摩擦力控制裝置和收卷，做好系統(tǒng)運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作。

啟動(dòng)設(shè)備，通過操作控制面板設(shè)定好切割的檔位和速度參數(shù)，設(shè)定好張力控制值，點(diǎn)動(dòng)設(shè)備并檢查，設(shè)備運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行廠后，切換到自動(dòng)運(yùn)行模式，并注意觀察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況手動(dòng)補(bǔ)償張力和摩擦力，同時(shí)注意邊緣的變化，根據(jù)實(shí)際切割運(yùn)行的位置，調(diào)整邊緣到最佳位置。

3.系統(tǒng)控策略及功能實(shí)現(xiàn)

該設(shè)備的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，現(xiàn)以收卷裝置、邊緣控制裝置、摩擦力控制裝置和分條裝置為例，說明該系統(tǒng)的主要控制原理和功能實(shí)現(xiàn)。

3.1.收卷裝置

收卷裝置是該系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的最主要單元，其控制原理主要是根據(jù)操作控制設(shè)定的運(yùn)行速度與編碼器監(jiān)測到的實(shí)際材料運(yùn)行的線速度之差，經(jīng)過運(yùn)算單元比較后輸出信號(hào)給收卷驅(qū)動(dòng)裝置，收卷驅(qū)動(dòng)單元根據(jù)運(yùn)算單元的給定值，調(diào)節(jié)輸出電壓，控制直流電機(jī)的運(yùn)行速度得以實(shí)現(xiàn)。

3.2.邊緣控制裝置

邊緣控制系統(tǒng)是根據(jù)廣電傳感器所監(jiān)測的位置，和開卷機(jī)實(shí)際位置的比較，所產(chǎn)生的差值調(diào)節(jié)調(diào)整油缸的進(jìn)油量和方向，從而形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，使得銅帶運(yùn)行的邊緣能夠自動(dòng)的調(diào)節(jié)到所設(shè)定的位置。

3.3.摩擦力控制裝置

摩擦調(diào)整裝置是用來調(diào)節(jié)材料再進(jìn)行收卷前的表面張力，由于是通過調(diào)整摩擦輪和材料表面的的縱向壓力，從而改變橫向摩擦力的大小來控制，整個(gè)裝置也被稱張力裝置，該系統(tǒng)有兩種運(yùn)動(dòng)方式需要控制：

一是摩擦輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，摩擦輪由一組同步橡膠輪組成，兩輪之間的主要壓力來自兩組同步液壓缸，根據(jù)所裁切材料的成分和材料的厚度，手動(dòng)通過調(diào)壓閥來設(shè)定兩組液壓缸的壓力，來調(diào)節(jié)兩個(gè)摩擦輪之間的壓力，壓力微調(diào)根據(jù)，實(shí)際的切割狀況，調(diào)整控制面板上的大功率電位調(diào)節(jié)器，該電位調(diào)節(jié)器通過調(diào)整電阻值在0～2.2KΩ范圍內(nèi)的波動(dòng)，輸出0-10V的電壓給控制器，控制器根據(jù)該給定信號(hào)，調(diào)整摩擦輪驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓，從而調(diào)整摩擦輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行速度與整條生產(chǎn)線速度有一定的差異（ΔV=V張-V線），當(dāng)ΔV大于0時(shí)，摩擦力減小張力減小，ΔV小于0時(shí)，摩擦力增大張力增大，變化的比率與該手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器的調(diào)節(jié)成線性變化。

3.4.分條裝置原理

分條裝置是該設(shè)備核心部位，產(chǎn)品切割的質(zhì)量和切割的精度全部在該裝置上體現(xiàn)，其主要由電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械部分組成。

該分條裝置的運(yùn)行是整條生產(chǎn)線的主運(yùn)動(dòng)部件，其他開卷機(jī)、收卷機(jī)、摩擦裝置、廢料切割單元的運(yùn)動(dòng)控制都是以該裝置的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和參數(shù)為基礎(chǔ)，控制操作臺(tái)上所設(shè)定的速度參數(shù)直接由控制器發(fā)出控制參數(shù)到該分條裝置的驅(qū)動(dòng)器上，該驅(qū)動(dòng)器根據(jù)給定值直接輸出驅(qū)動(dòng)電流給驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)該裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)加有不同位置的限位開關(guān)及保護(hù)裝置，以確保設(shè)備所處在不同的運(yùn)動(dòng)控制位置。

該分條裝置的主要機(jī)械部件由離合器器、萬向軸連接器、分條頭、門裝置和液壓缸等組成，離合器和液壓缸配合，使得該設(shè)備等分條頭投入或解除驅(qū)動(dòng)，門裝置和液壓缸配合，用來控制分條頭的門的開關(guān)，該分條頭主要由一組共軛腰輪帶動(dòng)兩條共軛軸組成，兩條共軛軸的精度是該設(shè)備主要的精度和精華，是整條生產(chǎn)線核心所在，正常生產(chǎn)時(shí)，圓刀片和圓橡膠按照切割材料和訂單的要求，進(jìn)行排刀，排刀的順序和工藝要求非常嚴(yán)格，該共軛軸的、圓刀片和圓橡膠片的設(shè)計(jì)公差設(shè)計(jì)公差為±0.002mm，要求排到后刀片之間的累計(jì)公差不超過±0.005mm，這樣排刀過程中，任何小的灰塵和油污都會(huì)對(duì)分條后的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。

4.結(jié)論

該系統(tǒng)覆蓋了金屬分條工藝、PLC控制系統(tǒng)、直流調(diào)速、計(jì)算機(jī)控制等方面的內(nèi)容，尤其張力控制和摩擦力調(diào)節(jié)裝置，其控制的精確性保證了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性，使得各個(gè)控制電機(jī)能夠同步運(yùn)行，協(xié)調(diào)工作，同時(shí)設(shè)備的主要部件全部采用進(jìn)口元器件，使得設(shè)備的運(yùn)行故障率大大減少。

作者簡介：

陳劍英（1974.09-）男，1994年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化儀表專業(yè)，工程師職稱，現(xiàn)于維蘭德金屬（上海）有限公司任職中國區(qū)域高級(jí)設(shè)備工程師。