三菱電機(jī)PLC和變頻器在某金屬帶材收放卷系統(tǒng)改造的應(yīng)用
1、系統(tǒng)概述
金屬帶材在進(jìn)行軋制，退火，清洗，拉矯等各種工藝加工時，都需要一套穩(wěn)定運(yùn)行的收放卷系統(tǒng)來對帶材進(jìn)行恒張力控制，保證帶材一邊放卷進(jìn)入各道工序加工后又進(jìn)行卷取，以便開展下一道工序。長期以來金屬帶材恒張力收放卷系統(tǒng)被直流調(diào)速張力控制系統(tǒng)占據(jù)，而直流調(diào)速系統(tǒng)價格高，后期維護(hù)成本也貴，在變頻調(diào)速技術(shù)飛速發(fā)展的今天，完全可以采用變頻器配普通的變頻電機(jī)來取代，并且也可以達(dá)到恒張力控制的收放卷系統(tǒng)。
因此，當(dāng)某金屬材料公司一套帶鋼清洗印花線要求我們改造時，我們選擇了變頻調(diào)速恒張力改放卷系統(tǒng)方案，而舍棄了該生產(chǎn)線原來的直流調(diào)速方案。
2、工藝特點(diǎn)
該帶材清洗印花線先對帶材表面雜質(zhì)銹跡臟物進(jìn)行清洗，擠干水份后在表面印字，然后進(jìn)入烘箱烘干，再進(jìn)行一次清洗涂油后進(jìn)行收卷。要求帶材在進(jìn)行上述各道工序時保證帶材張力恒定，并且線速度為0-10M/MIN可調(diào)；清洗水箱水溫與烘干箱加熱溫度可調(diào)并能恒溫；帶材表面印字清晰，印字后經(jīng)烘干加熱再清洗后印花效果良好；收卷張力穩(wěn)定并且邊緣整齊，以下為設(shè)備示意圖：
針對以上要求，而且是原設(shè)備改造，由客戶提供了三菱FX2N的PLC，然后我們選擇三菱電機(jī)性能優(yōu)秀的A840系列變頻器三臺，各用于開卷電機(jī)、收卷電機(jī)和一臺速度基準(zhǔn)輥，每個電機(jī)均安裝編碼器。上位機(jī)速度給定傳送給線速度基準(zhǔn)輥?zhàn)冾l器，然后開卷電機(jī)變頻器和收卷電機(jī)變頻器采用張力給定方式控制電流環(huán)。根據(jù)線速度相等的原理，同一時間內(nèi)速度基準(zhǔn)輥與開卷電機(jī)走過的帶村相等，可以推出速度基準(zhǔn)輥的半徑與編碼器數(shù)的積與開卷機(jī)帶材半徑與碥碼器數(shù)的積相等，從而可以算出開卷機(jī)的實(shí)時卷徑，根據(jù)張力與轉(zhuǎn)矩的計算式，可以算出此時需要的轉(zhuǎn)矩，換成電流給定百分比傳送給開卷變頻器，收卷電機(jī)也是如此，從而保證恒定的張力控制。同時收卷臺利用伺服電機(jī)加糾偏探頭進(jìn)行糾偏，以保證收卷邊緣整齊。
各清洗刷輥采取接觸器工頻啟停前后兩個清洗箱和中間烘干箱采用三段三相可控硅控制電阻絲，利用K分度熱電偶反饋給三個溫度控制器各自進(jìn)行PID調(diào)節(jié)恒溫控制，然后上機(jī)與溫控制器進(jìn)行通訊設(shè)定及反饋。整個系統(tǒng)上位機(jī)采用組態(tài)王軟件，PLC為FX2N-64MT（客戶存貨），F(xiàn)X2N-4DA及FX2N-4AD各一個，臺達(dá)伺服電機(jī)0.75KW一套（客戶提供）。
4、系統(tǒng)調(diào)試
整個系統(tǒng)操作分為傳動和聯(lián)機(jī)兩大部份，當(dāng)傳動按鈕按下而聯(lián)機(jī)按鈕未按下時，系統(tǒng)開卷機(jī)，收卷機(jī)均可以點(diǎn)動正反轉(zhuǎn)以方便操作人員穿帶及倒卷或松卷緊卷，各洗刷輥均可以手動啟停。當(dāng)傳動和聯(lián)機(jī)按鈕均按下時，系統(tǒng)開始聯(lián)動，生產(chǎn)線按照操作工在上位機(jī)上所設(shè)定的線速度和張力聯(lián)機(jī)運(yùn)行，開卷機(jī)和收卷機(jī)開始進(jìn)行卷徑計算并且輸出實(shí)時轉(zhuǎn)矩以滿足張力需求，各清洗刷輥及烘干加熱也聯(lián)機(jī)工作。同時收卷臺糾偏伺服電機(jī)根據(jù)糾偏探頭進(jìn)行帶材糾偏，為了保證系統(tǒng)安全，必須對開卷電機(jī)和收卷電機(jī)進(jìn)行限速，以防止飛車。以下為現(xiàn)場調(diào)試時的圖片（由于客戶現(xiàn)場不便拍照便只拍攝了下述幾張），由圖片可以看出，帶材收卷張力恒定并且邊緣整齊。
該系統(tǒng)取代了原有的直流調(diào)速收放卷系統(tǒng)，憑著三菱A８４０的優(yōu)異性能及FX系列PLC出色的控制性能，為客戶省下了電機(jī)成本及后續(xù)的維護(hù)經(jīng)費(fèi)。
6、總結(jié)
三菱電機(jī)PLC及變頻器在金屬帶材收放卷系統(tǒng)的控制方面表現(xiàn)非常良好，由上圖可以看出系統(tǒng)獲得了很好的運(yùn)行，說明完全可以取代行業(yè)內(nèi)一直采用的直流調(diào)速方案，具有很好的價格優(yōu)勢和維護(hù)優(yōu)勢。
金屬帶材在進(jìn)行軋制，退火，清洗，拉矯等各種工藝加工時，都需要一套穩(wěn)定運(yùn)行的收放卷系統(tǒng)來對帶材進(jìn)行恒張力控制，保證帶材一邊放卷進(jìn)入各道工序加工后又進(jìn)行卷取，以便開展下一道工序。長期以來金屬帶材恒張力收放卷系統(tǒng)被直流調(diào)速張力控制系統(tǒng)占據(jù)，而直流調(diào)速系統(tǒng)價格高，后期維護(hù)成本也貴，在變頻調(diào)速技術(shù)飛速發(fā)展的今天，完全可以采用變頻器配普通的變頻電機(jī)來取代，并且也可以達(dá)到恒張力控制的收放卷系統(tǒng)。
因此，當(dāng)某金屬材料公司一套帶鋼清洗印花線要求我們改造時，我們選擇了變頻調(diào)速恒張力改放卷系統(tǒng)方案，而舍棄了該生產(chǎn)線原來的直流調(diào)速方案。
2、工藝特點(diǎn)
該帶材清洗印花線先對帶材表面雜質(zhì)銹跡臟物進(jìn)行清洗，擠干水份后在表面印字，然后進(jìn)入烘箱烘干，再進(jìn)行一次清洗涂油后進(jìn)行收卷。要求帶材在進(jìn)行上述各道工序時保證帶材張力恒定，并且線速度為0-10M/MIN可調(diào)；清洗水箱水溫與烘干箱加熱溫度可調(diào)并能恒溫；帶材表面印字清晰，印字后經(jīng)烘干加熱再清洗后印花效果良好；收卷張力穩(wěn)定并且邊緣整齊，以下為設(shè)備示意圖：
圖1 帶材清洗線示意圖
針對以上要求，而且是原設(shè)備改造，由客戶提供了三菱FX2N的PLC，然后我們選擇三菱電機(jī)性能優(yōu)秀的A840系列變頻器三臺，各用于開卷電機(jī)、收卷電機(jī)和一臺速度基準(zhǔn)輥，每個電機(jī)均安裝編碼器。上位機(jī)速度給定傳送給線速度基準(zhǔn)輥?zhàn)冾l器，然后開卷電機(jī)變頻器和收卷電機(jī)變頻器采用張力給定方式控制電流環(huán)。根據(jù)線速度相等的原理，同一時間內(nèi)速度基準(zhǔn)輥與開卷電機(jī)走過的帶村相等，可以推出速度基準(zhǔn)輥的半徑與編碼器數(shù)的積與開卷機(jī)帶材半徑與碥碼器數(shù)的積相等，從而可以算出開卷機(jī)的實(shí)時卷徑，根據(jù)張力與轉(zhuǎn)矩的計算式，可以算出此時需要的轉(zhuǎn)矩，換成電流給定百分比傳送給開卷變頻器，收卷電機(jī)也是如此，從而保證恒定的張力控制。同時收卷臺利用伺服電機(jī)加糾偏探頭進(jìn)行糾偏，以保證收卷邊緣整齊。
各清洗刷輥采取接觸器工頻啟停前后兩個清洗箱和中間烘干箱采用三段三相可控硅控制電阻絲，利用K分度熱電偶反饋給三個溫度控制器各自進(jìn)行PID調(diào)節(jié)恒溫控制，然后上機(jī)與溫控制器進(jìn)行通訊設(shè)定及反饋。整個系統(tǒng)上位機(jī)采用組態(tài)王軟件，PLC為FX2N-64MT（客戶存貨），F(xiàn)X2N-4DA及FX2N-4AD各一個，臺達(dá)伺服電機(jī)0.75KW一套（客戶提供）。
4、系統(tǒng)調(diào)試
整個系統(tǒng)操作分為傳動和聯(lián)機(jī)兩大部份，當(dāng)傳動按鈕按下而聯(lián)機(jī)按鈕未按下時，系統(tǒng)開卷機(jī)，收卷機(jī)均可以點(diǎn)動正反轉(zhuǎn)以方便操作人員穿帶及倒卷或松卷緊卷，各洗刷輥均可以手動啟停。當(dāng)傳動和聯(lián)機(jī)按鈕均按下時，系統(tǒng)開始聯(lián)動，生產(chǎn)線按照操作工在上位機(jī)上所設(shè)定的線速度和張力聯(lián)機(jī)運(yùn)行，開卷機(jī)和收卷機(jī)開始進(jìn)行卷徑計算并且輸出實(shí)時轉(zhuǎn)矩以滿足張力需求，各清洗刷輥及烘干加熱也聯(lián)機(jī)工作。同時收卷臺糾偏伺服電機(jī)根據(jù)糾偏探頭進(jìn)行帶材糾偏，為了保證系統(tǒng)安全，必須對開卷電機(jī)和收卷電機(jī)進(jìn)行限速，以防止飛車。以下為現(xiàn)場調(diào)試時的圖片（由于客戶現(xiàn)場不便拍照便只拍攝了下述幾張），由圖片可以看出，帶材收卷張力恒定并且邊緣整齊。
PLC程序設(shè)計部分梯形圖
該系統(tǒng)取代了原有的直流調(diào)速收放卷系統(tǒng)，憑著三菱A８４０的優(yōu)異性能及FX系列PLC出色的控制性能，為客戶省下了電機(jī)成本及后續(xù)的維護(hù)經(jīng)費(fèi)。
6、總結(jié)
三菱電機(jī)PLC及變頻器在金屬帶材收放卷系統(tǒng)的控制方面表現(xiàn)非常良好，由上圖可以看出系統(tǒng)獲得了很好的運(yùn)行，說明完全可以取代行業(yè)內(nèi)一直采用的直流調(diào)速方案，具有很好的價格優(yōu)勢和維護(hù)優(yōu)勢。
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