厚箔剪切機的電控系統設計

程秀竹，許 卓，張 偉

（1. 涿神公司，涿洲 072750；2. 北京機械工業自動化研究所，北京 100120）

1 厚箔剪切機的工作原理介紹

厚箔剪切機機列屬于精整設備。精整設備相對于粗加工設備來說，對機械設備的加工要求及精度相當高，但是電控系統的配合也起著舉足輕重的作用，本文介紹的這臺厚剪機是將0.04～0.4mm厚的鋁箔精確地縱向切邊、分切，并將剪切后的多條帶材以理想的張力整齊地交叉分卷在兩個卷取機上。下面簡要介紹一下它的工作原理。

工作機列示意圖如圖1所示。

機列工作過程描述：料卷經過上料車運輸到開卷機上后，點動開卷，把料引到穿帶棒，粘好，然后自動穿帶裝置穿帶，同時開卷送料，穿帶到位后，停止，把穿帶棒復位。然后機組穿帶，開卷、導輥、剪切機同時以穿帶速度送料，經過分切后，人為把料交叉分到內外卷取兩側，把料展平，落下壓平輥，等待機列建張力運行，條件準備好后，按機列運行鈕，調整好前后張力，升速，卷取。

2 系統設計參數

此臺厚剪機的傳動系統采用直流電機傳動，下面主要根據設計參數核算開卷、卷取電機功率、轉速范圍。

設計依據數據：

機列最大速度：400m/min；

來料外徑：φ2100mm(max)；

套筒外徑：φ565mm；

成品外徑：φ1200mm(max)，φ150mm(min)；

φ600mm（max），φ75mm（min）；

開卷張力：700Kg。

2.1 開卷電機選擇校驗

根據公式

圖1 厚箔剪切機機列工作示意圖

開卷機電機選用Z4-315-11,55KW,DC400V,240/900rpm，他勵310V,帶編碼器反饋。

2.2 卷取電機選擇校驗

內卷取電機：33KW,DC400V,430/2500rpm, 他勵310V,帶編碼器反饋。

外卷取電機：33KW,DC400V,430/2500rpm, 他勵310V,帶編碼器反饋。

根據公式：P=M×n/974 已知選型電機功率為33KW，基速為430rpm，核算電機扭矩M=P×974/n=33×974/430=74.75Kg.m

電機最大張力，最大卷徑出最大扭矩得出公式：卷軸的最大扭矩為M×i=F×Dmax/2。

所以，最大張力 F=2M×i/ Dmax=2×74.75×3.792/1.2=472.42 Kg。

根據技術數據要求，滿足生產使用。

3 系統控制方案

該機列的控制系統PLC采用西門子S7-300系列CPU315-2DP，以及遠程I/O站ET200M。與直流控制器、變頻器之間采用PROFIBUS-DP通訊。系統采用DP通訊的方式，即節省電纜及空間，又能保證數據傳遞的精確性、穩定性、快速性。

3.1 控制系統配置

直流傳動采用西門子全數字直流調速控制器6RA70；輔助上、卸料， 廢邊卷取設施采用西門子交流變頻調速器MM440控制； 壓平輥裝置升降采用德國倫茨電機控制器成套產品交流伺服電機控制；HMI人機界面的應用，使系統實時運行數據及狀態一目了然。系統配置圖如圖2所示。

圖2 系統配置圖

3.2 控制思想

開卷機速度作為機列速度基準，速度控制。穿帶時往前送料，待到卷取機建立張力后，開卷機控制器被拉成逆變狀態，開卷電流為負值。

導輥電機驅動導輥牽引板帶作用，采用力矩限幅，速度跟隨控制方式。

剪切機電機驅動剪切機破分板帶及切邊，控制也是采用力矩限幅，速度跟隨控制方式。

卷取機為張力控制，線速度恒定，隨著卷徑的變化，卷取電機的扭矩增大，卷取張力恒定。

壓平輥的控制起著舉足輕重的作用，隨著卷徑的增大，壓平輥裝置伺服的后退。壓平輥裝置由德國倫茨伺服電機驅動，伺服電機驅動器通過PROFIBUS-DP與PLC通訊執行控制命令。隨著機列速度的上升，卷徑的增大，伺服電機驅動壓平輥裝置立即跟隨伺服上升，保證壓平輥與料卷的接觸力恒定。

廢邊卷取采用西門子變頻器MM440變頻調速，隨著機列速度的增大，其廢邊卷取速度也相應的自動按比例增大，也可以根據現場使用情況人為干預設定速度運轉。

上、卸料車輔助上、卸料卷，也采用西門子變頻器MM440變頻調速，采用變頻調速不僅可以節省上、卸卷時間，而且定位準確。

4 控制系統的實現

基于上述的厚箔剪的電氣控制方案及思想，構成了以下厚箔剪的電氣控制系統，本電氣控制系統的實現由15個PROFIBUS-DP站點組成，其中CPU315-2DP為主站1#站，14個從站。硬件組態配置如圖3所示。

圖3 控制系統的硬件組態

1#主站PLC，帶有兩個DP口，一個MPI/DP口作為編程口，另一個DP口為DP網絡連接口。CPU的主站機架后可最多擴展8個模板，主要是擴展的是數字量輸入、數字量輸出模板及高速計數輸入功能模板，另外考慮與人機界面HMI電腦的通訊采用ETHERNET以太網通訊加了一塊CP343-1以太網接口模板。

2#遠程站ET200M，分布在主操作臺內，主要采集操作信號輸入點。ET200M接口板機架后也可以最多擴展8個模板。

4#遠程站ET200M，分布在閥站遠程機架箱，主要是控制電磁閥的動作輸出。

6#～10#站為直流傳動6RA70，6RA70與PLC通訊的PROFIBUS接口通訊板為CBP2。6#站為開卷機驅動控制器站，7#站為導輥驅動控制器站，8#站為剪切機驅動控制器站，9#站為內卷取驅動控制器站，10#站為外卷取驅動控制器站。直流傳動與PLC周期性的進行數據交換，通訊的尋址類型為PPO4。

11#～14#站為交流變頻器MM440。11#站為上料車驅動控制變頻器，12#站為外卷取卸料車驅動控制變頻器，13#站為內卷取卸料車驅動控制變頻器，14#站為廢邊卷取驅動控制變頻器。MM440變頻器與PLC周期性的進行數據交換，通訊的尋址類型也為PPO4。

16#～17#站為德國倫茨伺服驅動器。倫茨伺服驅動器為EVS9323-ES,他的DP通訊接口模板為EMF-2133IB, 此伺服驅動器與PLC周期性的進行數據交換。

人機界面HMI主要是對生產時的一些工藝數據進行輸入，設備的運行數據及狀態的輸出，設備的報警記錄及趨勢曲線的記錄。HMI主要配置采用商用臺式機電腦主機及顯示器，并在電腦主機中裝有西門子的控制組態軟件WINCC，WINCC通過以太網通訊TCP/IP協議與PLC的CPU進行數據交換。

5 結束語

此種厚箔剪切機設備已經投產，生產實踐證明此電控系統設計合理，系統運行良好，故障率低，全通訊設計，抗干擾性強。生產出的產品符合要求，機列運行能運行到最高速度，提高了生產效率。

[1] 鄧星鐘.電傳動控制(第三版)[M].武漢:華中科技大學出版社,2000.