基于SINAMICS S120步進(jìn)式冷床設(shè)備特點(diǎn)及電氣控制應(yīng)用

鮑 磊

（中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東 青島266555）

基于SINAMICS S120步進(jìn)式冷床設(shè)備特點(diǎn)及電氣控制應(yīng)用

鮑 磊

（中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東 青島266555）

本文通過對江蘇常寶鋼管CPE生產(chǎn)線冷床設(shè)備的工藝流程及控制應(yīng)用，論述了步進(jìn)式冷床的工作及控制原理，反映出步進(jìn)式冷床在鋼管生產(chǎn)工藝中的作用及優(yōu)點(diǎn)。

步進(jìn)式冷床；PLC控制系統(tǒng)；節(jié)奏控制

1 設(shè)備組成

該冷床區(qū)設(shè)備主要由：冷床上料裝置、冷床本體、冷床剔除輥道及固定擋板、冷床剔除雙向收集裝置、冷床下料裝置、安全擋板、冷床輸出輥道、升降對齊擋板組成。

2 設(shè)備的工藝流程

冷床上料裝置逐根接收來自張力減徑機(jī)鋼管，并將鋼管制動，由接料鉤送入步進(jìn)冷床上進(jìn)行冷卻。鋼管由冷床輸入裝置輸送到接料鉤中后，通過冷床本體動齒條將鋼管橫向步進(jìn)移送，實(shí)現(xiàn)鋼管在冷床上單齒或隔齒布料。冷床本體可以實(shí)現(xiàn)鋼管步進(jìn)或原位踏步功能，保證鋼管冷卻均勻、平直度好。當(dāng)有特殊材質(zhì)需要堆冷的管材時，冷床堆冷剔料輥道及雙向收集裝置，將需要堆冷的鋼管從冷床中部剔出，并進(jìn)行收集。

3 控制系統(tǒng)

3.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計。冷床區(qū)域控制系統(tǒng)包括電氣傳動系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、HMI上位機(jī)三個部分。系統(tǒng)基于 WINDOWS XP 操作系統(tǒng)平臺，采用SIEMENS公司S7-300控制系統(tǒng)配以ET-200M分布式I/O對整個系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、狀態(tài)監(jiān)視和過程控制。使用SIEMENS公司STEP7 V5.5 編程軟件，完成系統(tǒng)硬件組態(tài)及冷床區(qū)域所有設(shè)備控制程序設(shè)計。采用WINCC 7.0上位軟件進(jìn)行畫面制作，操作員通過這些畫面完成現(xiàn)場工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和操作。

3.2 冷床設(shè)備及電氣原理簡介

3.3 整個冷床區(qū)域中冷床輸入輥道、冷床本體升降電機(jī)、冷床提出輥道、冷床輸出輥道的電機(jī)采用變頻電機(jī)，冷床輸出小車、星輪撥料起采用普通電機(jī)，冷床升降塊、冷床的前進(jìn)后退、輸出小車的前進(jìn)及后退、升降擋板采用液壓控制。冷床各部分動作連鎖關(guān)系如圖1所示：

冷床的步進(jìn)運(yùn)動主要由冷床升降裝置、冷床橫移裝置實(shí)現(xiàn)。冷床升降裝置由電機(jī)傳動，冷床橫移裝置由液壓傳動。冷床設(shè)備本體升降裝置是由2臺變頻電機(jī)驅(qū)動一偏心裝置作周期旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，床體運(yùn)行至上下位時電機(jī)需減速停止。冷床入口上料裝置選用SINAMICS S120 單機(jī)傳動變頻調(diào)速裝置，冷床入口輥道采用SINAMICS G120 作為變頻調(diào)速裝置。SINAMICS S120調(diào)試最簡便的方法是使用編程器，編程器需要安裝調(diào)試軟件Starter。基礎(chǔ)自動化使用S7-300 系列PLC 作為邏輯控制器，使用CPU315-2DP 作為控制核心，傳動裝置和遠(yuǎn)程分布式I/O 端口通過Profibus-DP總線直接連接至CPU。

3.4 步進(jìn)式冷床步進(jìn)及踏步過程

3.4.1 冷床步進(jìn)動作：冷床處于原始位置狀態(tài)，當(dāng)輸入輥道上的鋼管通過熱金屬檢測器檢測其尾部完全進(jìn)入冷床區(qū)域，升降塊動作一周期，將鋼管從輥道移至接料鉤，冷床開始步進(jìn)一周期動作，此時制動器打開，2 臺升降電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動床體上升，床體處于上極限位（該位置信號由位置編碼器發(fā)出）時，電機(jī)停止，制動器制動；步進(jìn)油缸伸出，使冷床至前極限（該位置信號由接近開關(guān)發(fā)出），制動器再次打開，升降電機(jī)再次旋轉(zhuǎn)驅(qū)動床體下降至下極限位（該位置信號由位置編碼器發(fā)出）；制動器制動，步進(jìn)油缸回退至原始位置，這時冷床一整個步進(jìn)周期完成，鋼管在定齒條上前進(jìn)一步。

3.4.2 冷床踏步動作：當(dāng)冷床步進(jìn)動作不能連續(xù)進(jìn)行時，為了保證冷床上現(xiàn)有的鋼管不會因?yàn)樯舷率軣岵痪斐蓮澢?，此時冷床需要進(jìn)行踏步動作，冷床踏步動作時鋼管在接料鉤的位置不變，只是通過齒條的斜面使鋼管發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而保證鋼管溫度均勻，使其彎曲程度減小。踏步動作時，冷床踏步液壓缸伸出致踏步前極限位（該位置信號由接近開關(guān)發(fā)出），制動器打開，冷床電機(jī)動作，驅(qū)動冷床向上至上極限位，此時接料過程中，利用齒條的機(jī)械結(jié)構(gòu)，鋼管會進(jìn)行小幅度的旋轉(zhuǎn)。到達(dá)上極限位后，踏步液壓缸縮回致冷床后極限，再有電機(jī)驅(qū)動冷床下降回到初始位，鋼管放回定齒條時仍會有小幅度旋轉(zhuǎn)。通過踏步一周期，調(diào)整了鋼管的受冷面，極大的減小了鋼管在冷床上彎曲的可能性。

3.5 主要電氣控制過程及控制特點(diǎn)

圖1 冷床各部分的連鎖關(guān)系

3.5.1 冷床的節(jié)奏控制：正常連續(xù)生產(chǎn)時，冷床需等于或快于減徑機(jī)的軋制節(jié)奏，才能將輸入輥道的來料鋼管有規(guī)律的擺放到冷床上。對于冷床升降主電機(jī)這種較大的變頻電機(jī)，變頻器建立磁場的過程耗時比例較大，因?yàn)檫B續(xù)生產(chǎn)時程序控制，只切斷變頻的速度給定，而不切斷變頻器的使能，大大節(jié)約了電機(jī)啟動時變頻器建立磁場的耗時。

3.5.2 接放料時的速度控制：動齒條在上升過程接料及下降過程放料時需要“輕拿輕放”，以防止齒條對鋼管表面產(chǎn)生劃痕。冷床的上升下降過程只要是由編碼器定位的，因?yàn)樵谏仙跋陆颠^程中需要設(shè)置減速位，冷床到達(dá)該位置時減速將鋼管托起或放下，減小鋼管表面的劃痕程度。

3.5.3 與冷床前后控制系統(tǒng)通訊：為了防止因前后故障造成的“堆鋼”現(xiàn)象，需要與前后區(qū)域有可靠的信號通信，通訊通常使用DP-DP耦合器，當(dāng)冷床及后面區(qū)域出現(xiàn)故障時，前方禁止向冷床輸入鋼管；與后面區(qū)域有可靠的通信，可保證輸出輥道的速度與后面區(qū)域的節(jié)奏保持一致，使冷床的輸出更流暢。

結(jié)語

該種冷床設(shè)備作為鋼管生產(chǎn)線的重要工序設(shè)備之一，增強(qiáng)了鋼管的均勻冷卻效果，保證了鋼管表面的質(zhì)量及生產(chǎn)工藝的流暢。但該廠的冷床設(shè)備在設(shè)備及控制方面都有著不足之處，如輸入輥道的故障檢測、冷床計數(shù)及物料跟蹤的穩(wěn)定性方面等，都應(yīng)在日后設(shè)備的研發(fā)及生產(chǎn)中加以改進(jìn)。

[1]謝大偉.步進(jìn)式厚板冷床的應(yīng)用[A].中國計量協(xié)會冶金分會2011年會論文集[C].2011.

TG33

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.111