王 釗

(中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 710032)

2011 年中國(guó)重型機(jī)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(jìn)口的2 025 mm 彩涂線設(shè)備。本文對(duì)2 025 mm 彩涂生產(chǎn)線中的重要設(shè)備——涂機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析、探討。

1 設(shè)備組成

涂機(jī)輥系包括上表面測(cè)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(cè)量輥(BSMR)。化學(xué)涂層厚度要求控制在0.4 μm～2 μm 范圍之內(nèi)，通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)。其中各輥傳動(dòng)選用SIEMENS 6SE70 逆變器變頻調(diào)速，并且每個(gè)輥傳動(dòng)側(cè)(DR)及操作側(cè)(OP)位置調(diào)整均分別配有力士樂(lè)飼服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伺服驅(qū)動(dòng)器隨時(shí)可根據(jù)位置或壓力控制信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作調(diào)整。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)配置

涂機(jī)飼服傳動(dòng)系統(tǒng)選用德國(guó)力士樂(lè)Indradrive 飼服驅(qū)動(dòng)器;涂輥壓力檢測(cè)選用德國(guó)海納(HAEHNE)KMB35(25 kN)壓力傳感器及DMA(數(shù)字測(cè)量放大器);PLC 控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-300帶分布式I/O ET200 控制方案，PLC與ET200 從站、伺服驅(qū)動(dòng)器之間組建PROFIBUS DP網(wǎng)通訊，與HMI 人機(jī)界面之間的信號(hào)傳送采用以太網(wǎng)通訊方式，并通過(guò)CP343-1 以太網(wǎng)通訊模塊與二級(jí)管理機(jī)之間建立連接。涂機(jī)主操作臺(tái)上設(shè)有1 臺(tái)HMI 監(jiān)控操作站，用于對(duì)涂機(jī)進(jìn)行監(jiān)控操作，包括工作狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定、故障報(bào)警及診斷等。

3 人機(jī)界面

涂機(jī)運(yùn)行主畫(huà)面設(shè)有“HMI”“L2”選擇按鈕。選擇“HMI”模式時(shí)，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(shí)，所有操作控制命令與數(shù)據(jù)均由L2 二級(jí)下達(dá)。當(dāng)選擇“HMI”模式時(shí)，運(yùn)行主畫(huà)面上設(shè)有6 個(gè)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(huà)面上還分別設(shè)有6 個(gè)輥DR 側(cè)及OP 側(cè)位置實(shí)際值(mm)和壓力實(shí)際值(kN)顯示。

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

當(dāng)選擇位置閉環(huán)控制模式時(shí)，分別將每個(gè)輥?zhàn)覦R 側(cè)和OP 側(cè)位置目標(biāo)值設(shè)定好后，按下“位置輸入確認(rèn)”(POSITION ENTER)按鈕，則伺服驅(qū)動(dòng)自動(dòng)行駛到相應(yīng)位置目標(biāo)值后停止，實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)控制。

壓力模式畫(huà)面分別設(shè)有TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 傳動(dòng)側(cè)(DR)及操作側(cè)(OP)的壓力設(shè)定值(kN)和壓力實(shí)際值(kN)，其中涂料、掛料輥壓力設(shè)定最大范圍為10 kN，測(cè)量輥壓力設(shè)定最大范圍為2 kN。當(dāng)選擇壓力閉環(huán)控制模式時(shí)，分別將每個(gè)輥?zhàn)覦R 側(cè)和OP 側(cè)壓力目標(biāo)值設(shè)定好后，按下“壓力輸入確認(rèn)”(FORCE ENTER)按鈕，則伺服驅(qū)動(dòng)自動(dòng)行駛到相應(yīng)壓力目標(biāo)值后停止，實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)控制。

當(dāng)選擇“HMI”模式時(shí)，在“ROLL SPEED”畫(huà)面上可分別設(shè)定TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 主傳動(dòng)相關(guān)參數(shù)并實(shí)時(shí)顯示其運(yùn)行狀態(tài)。首先應(yīng)分別選擇設(shè)置好每個(gè)輥?zhàn)印笆鼓堋?ENABLE)信號(hào)、“方向”(DIRECTION)信號(hào)，并分別設(shè)置好“輥徑”(DIAMETER)。當(dāng)選擇“手動(dòng)”(MANUAL)模式時(shí)，輥?zhàn)右员砻婢€速度手動(dòng)設(shè)定值(SPEED SET)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行;當(dāng)選擇“自動(dòng)”(AUTO)模式時(shí)，分別設(shè)定每個(gè)輥?zhàn)铀俣纫蜃酉禂?shù)(SPEED FACTOR)，當(dāng)彩涂機(jī)組主線運(yùn)行時(shí)，涂機(jī)每個(gè)輥?zhàn)影凑諜C(jī)組實(shí)際線速度與相應(yīng)速度系數(shù)的乘積旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(cè)量輥為0～0.5;當(dāng)涂機(jī)主傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，每個(gè)輥?zhàn)訉?shí)際線速度(ACTUAL SPEED)及實(shí)際負(fù)載(ACTUAL LOAD)實(shí)時(shí)顯示在畫(huà)面上;同時(shí)，涂機(jī)機(jī)組實(shí)際線速度(PROCESS LINE SPEED)也實(shí)時(shí)顯示在畫(huà)面上。

設(shè)備畫(huà)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(kāi)/鎖緊(BOTTOM SIDE COATER HEADS UNLOCK/LOCK);

畫(huà)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(dòng)”(MANUAL)及“自動(dòng)”(AUTO)選擇按鈕。當(dāng)選擇“手動(dòng)”時(shí)，由操作工在涂機(jī)操作控制箱上手動(dòng)操作TOP 側(cè)涂頭進(jìn)退動(dòng)作和BOTTOM 側(cè)升降輥升降動(dòng)作;當(dāng)選擇“自動(dòng)”時(shí)，兩側(cè)動(dòng)作自動(dòng)完成。

其中:當(dāng)主線機(jī)組運(yùn)行并無(wú)焊縫信號(hào)時(shí)，TOP側(cè)涂頭自動(dòng)前進(jìn)至涂料位置，BOTTOM 側(cè)升降輥?zhàn)詣?dòng)降至0 mm;當(dāng)主線機(jī)組停止或有焊縫信號(hào)時(shí)，TOP 側(cè)涂頭自動(dòng)后退至焊縫位置，BOTTOM 側(cè)升降輥?zhàn)詣?dòng)升至150 mm。

故障畫(huà)面上設(shè)有急停、測(cè)量輥狀態(tài)、掛料輥狀態(tài)、涂料輥狀態(tài)、托盤(pán)涂料液位、防護(hù)罩狀態(tài)等故障報(bào)警信息及故障復(fù)位按鈕，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理設(shè)備故障報(bào)警信息。

涂機(jī)現(xiàn)場(chǎng)操作控制箱上還設(shè)有TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 輥位置手動(dòng)調(diào)整旋鈕，可對(duì)每個(gè)輥傳動(dòng)側(cè)、操作側(cè)位置進(jìn)行單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)調(diào)整，也可兩者同步點(diǎn)動(dòng)調(diào)整。

4 PLC 硬件組態(tài)及伺服傳動(dòng)參數(shù)設(shè)置

完成PLC 硬件組態(tài)配置后，打開(kāi)Rexroth Indraworks Engineering 軟件，在工程項(xiàng)目中Master communication settings 目錄下完成伺服驅(qū)動(dòng)裝置與PLC 通訊設(shè)置，包括通訊地址、波特率、循環(huán)時(shí)間等。數(shù)據(jù)交換定義為輸入輸出各5 個(gè)字，其中PLC 向伺服驅(qū)動(dòng)裝置傳輸?shù)臄?shù)據(jù)依次為總線控制字(P-0-4077)、信號(hào)控制字(S-0-0145)、位置給定(S-0-0282)，第四第五兩個(gè)字備用;伺服驅(qū)動(dòng)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(hào)狀態(tài)字(S-0-0144)、位置反饋(S-0-0051)，第四第五兩個(gè)字備用。總線控制字(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(diǎn)動(dòng)，bit7 定義為反向點(diǎn)動(dòng)，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(dòng)裝置。同理，從伺服驅(qū)動(dòng)裝置讀取位置反饋值時(shí)需除以105倍換算后才能得出實(shí)際值(mm)。

此外，在測(cè)量系統(tǒng)/電機(jī)編碼器(Measuring system/Motor encoder)目錄下，可設(shè)置編碼器類(lèi)型(旋轉(zhuǎn)型或直線型)以及測(cè)量位置范圍等參數(shù)。在測(cè)量單元(scaling/units)、機(jī)械減速比(Mechanical gear)目錄下設(shè)置機(jī)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(chǎng)導(dǎo)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(diǎn)擊Set Absolute Measuring 按鈕，則完成編碼器位置清零功能;在優(yōu)化/試車(chē)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(guò)計(jì)算機(jī)串口控制伺服驅(qū)動(dòng)器。在Local I/Os目錄下，可設(shè)置驅(qū)動(dòng)器裝置端子開(kāi)關(guān)量、模擬量輸入/輸出功能，方便控制使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

廣東亞鋁2 025 mm 彩涂線涂機(jī)是目前國(guó)內(nèi)最為先進(jìn)的涂機(jī)設(shè)備，自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，設(shè)計(jì)選型及功能先進(jìn)，自投產(chǎn)以來(lái)一直可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保障了彩涂線機(jī)組高效穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］Rexroth Indradrive 驅(qū)動(dòng)控制器控制部分設(shè)計(jì)手冊(cè)［K］.上海:Bosch Rexroth AG，2004.

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