5Z35精密銅帶分條機原理

摘要：介紹由西門子S5 PLC和工業計算模塊組成的600銅帶分條機機的硬件配置和軟件組成，詳細闡述了該系統的過程控制、數據測量與計算、邊緣控制系統和工藝調節。

關鍵詞：PLC；配置；控制；邊緣控制；軟件；系統

1.系統簡介

1.1.分條機簡介

精密銅帶分條機在目前國內市場尚在起步階段，國外的相關技術已相當成熟，國內目前大型的金屬分條機制造商，主要集中在鋼帶分條機的制造，在有色金屬領域尚在研發階段，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，由于國內機械加工的工藝和精度制約了國內精密分條機的制造，尤其是在關鍵零部件制造上與國外同行業間的存在明顯的差異。分條機的關鍵技術有兩個，一是電氣自動化控制，二是關鍵機械部件（切割頭和刀具）的精度。

1.2.分條機的構成和功能

按照設備的結構，分條機主要由以下幾個部分組成：控制裝置、液壓裝置、開卷裝置、切割裝置、邊緣控制調節裝置、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，將要進行切割的母卷材料安放到開卷機上，并加緊。依次手動拉動材料通過張力控制裝置，切割裝置。摩擦力控制裝置和收卷，做好系統運行前的準備工作。

啟動設備，通過操作控制面板設定好切割的檔位和速度參數，設定好張力控制值，點動設備并檢查，設備運行設備運行廠后，切換到自動運行模式，并注意觀察設備的運行狀態，根據設備運行的實際情況手動補償張力和摩擦力，同時注意邊緣的變化，根據實際切割運行的位置，調整邊緣到最佳位置。

3.系統控策略及功能實現

該設備的控制系統比較復雜，現以收卷裝置、邊緣控制裝置、摩擦力控制裝置和分條裝置為例，說明該系統的主要控制原理和功能實現。

3.1.收卷裝置

收卷裝置是該系統電氣控制系統的最主要單元，其控制原理主要是根據操作控制設定的運行速度與編碼器監測到的實際材料運行的線速度之差，經過運算單元比較后輸出信號給收卷驅動裝置，收卷驅動單元根據運算單元的給定值，調節輸出電壓，控制直流電機的運行速度得以實現。

3.2.邊緣控制裝置

邊緣控制系統是根據廣電傳感器所監測的位置，和開卷機實際位置的比較，所產生的差值調節調整油缸的進油量和方向，從而形成一個閉環的控制系統，使得銅帶運行的邊緣能夠自動的調節到所設定的位置。

3.3.摩擦力控制裝置

摩擦調整裝置是用來調節材料再進行收卷前的表面張力，由于是通過調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，整個裝置也被稱張力裝置，該系統有兩種運動方式需要控制：

一是摩擦輪的運轉速度，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，根據所裁切材料的成分和材料的厚度，手動通過調壓閥來設定兩組液壓缸的壓力，來調節兩個摩擦輪之間的壓力，壓力微調根據，實際的切割狀況，調整控制面板上的大功率電位調節器，該電位調節器通過調整電阻值在0～2.2KΩ范圍內的波動，輸出0-10V的電壓給控制器，控制器根據該給定信號，調整摩擦輪驅動器的輸出電壓，從而調整摩擦輪驅動電機的運行速度與整條生產線速度有一定的差異（ΔV=V張-V線），當ΔV大于0時，摩擦力減小張力減小，ΔV小于0時，摩擦力增大張力增大，變化的比率與該手動調節電位器的調節成線性變化。

3.4.分條裝置原理

分條裝置是該設備核心部位，產品切割的質量和切割的精度全部在該裝置上體現，其主要由電氣驅動和機械部分組成。

該分條裝置的運行是整條生產線的主運動部件，其他開卷機、收卷機、摩擦裝置、廢料切割單元的運動控制都是以該裝置的運動狀態和參數為基礎，控制操作臺上所設定的速度參數直接由控制器發出控制參數到該分條裝置的驅動器上，該驅動器根據給定值直接輸出驅動電流給驅動電機驅動該裝置運轉，同時加有不同位置的限位開關及保護裝置，以確保設備所處在不同的運動控制位置。

該分條裝置的主要機械部件由離合器器、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，使得該設備等分條頭投入或解除驅動，門裝置和液壓缸配合，用來控制分條頭的門的開關，該分條頭主要由一組共軛腰輪帶動兩條共軛軸組成，兩條共軛軸的精度是該設備主要的精度和精華，是整條生產線核心所在，正常生產時，圓刀片和圓橡膠按照切割材料和訂單的要求，進行排刀，排刀的順序和工藝要求非常嚴格，該共軛軸的、圓刀片和圓橡膠片的設計公差設計公差為±0.002mm，要求排到后刀片之間的累計公差不超過±0.005mm，這樣排刀過程中，任何小的灰塵和油污都會對分條后的產品質量產生影響。

4.結論

該系統覆蓋了金屬分條工藝、PLC控制系統、直流調速、計算機控制等方面的內容，尤其張力控制和摩擦力調節裝置，其控制的精確性保證了設備運行的穩定和可靠性，使得各個控制電機能夠同步運行，協調工作，同時設備的主要部件全部采用進口元器件，使得設備的運行故障率大大減少。

作者簡介：

陳劍英（1974.09-）男，1994年畢業于哈爾濱工業大學工業自動化儀表專業，工程師職稱，現于維蘭德金屬（上海）有限公司任職中國區域高級設備工程師。