鍍鋅線CLECIM 焊機(jī)電氣控制原理及其優(yōu)化升級(jí)

申燕光 陸哲城

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

焊機(jī)的工作原理：窄搭接電阻焊機(jī)的焊接原理是將兩塊帶鋼搭接，通以適當(dāng)?shù)碾娏鳎诓牧献陨淼碾娮琛⒉牧祥g及材料與電極間接觸部分的電阻上產(chǎn)生熱量，最終熔化而焊接起來。根據(jù)焦耳定律，焊縫處產(chǎn)生的熱量用公式(1)表示如下：Q=I2RT=IUT (1)式中，Q 為熱量；I 為電流；R 為焊接區(qū)電阻；U 為電極間電壓；T為通電時(shí)間。

從式(1)中看出，發(fā)熱量與焊接電流、通電時(shí)間及電阻（包含自身電阻和接觸電阻）有關(guān)。當(dāng)對(duì)不同規(guī)格的帶鋼進(jìn)行焊接時(shí)，通過控制電流大小、通電時(shí)間的長(zhǎng)短(實(shí)際是通過改變小車速度V 來控制通電時(shí)間)，及接觸電阻和自身電阻（改變焊輪壓力）。

焊機(jī)的電氣設(shè)備由以下3 個(gè)主要部分組成：可編程邏輯程序(PLC)、焊機(jī)交互畫面(HMI)、供電單元。其中PLC 是控制焊機(jī)的核心，采用西門子S7-400CPU，通過它可實(shí)現(xiàn)焊接邏輯控制、焊輪及碾壓輪壓力調(diào)節(jié)、搭接量位置管理，小車移動(dòng)焊接速度控制，焊接報(bào)文及報(bào)警顯示的管理；焊機(jī)交互界面客戶端用于，焊接參數(shù)的手自動(dòng)選擇和調(diào)整、生產(chǎn)焊接參數(shù)報(bào)告、焊機(jī)主要參數(shù)趨勢(shì)圖、報(bào)警等信息；供電單元主要包括可控硅控制器、焊接變壓器和整流回路、以及散熱部件的水冷卻系統(tǒng)組成。

焊機(jī)順序控制：當(dāng)產(chǎn)線進(jìn)入甩尾程序，同時(shí)焊機(jī)準(zhǔn)備就緒，帶尾能夠自動(dòng)定位到焊機(jī)出口待機(jī)位，沖孔、剪切、出口夾持板閉合處于搭接位。下一卷帶頭開始定位，對(duì)中、剪切、入口夾持板閉合處于搭接位，同時(shí)出入口帶鋼進(jìn)行搭接、焊接，并由碾壓輪對(duì)焊縫進(jìn)行碾壓，焊接完成后，釋放帶鋼，焊機(jī)返回初始位置，等待下一個(gè)焊接周期。

焊接電流的控制：ML21 型焊機(jī)電流控制系統(tǒng)主要由可控硅控制器、焊機(jī)變壓器/整流器兩部分組成。另外還設(shè)計(jì)有電流監(jiān)視、電壓監(jiān)視等監(jiān)視元件。焊接主回路通過3 相380V 交流為變壓器供電，二次側(cè)輸出約5V 的低電壓，輸出經(jīng)二極管整流器整流，以直流的形式輸出至焊輪。上下兩焊輪與帶鋼構(gòu)成回路，實(shí)現(xiàn)直流電流焊接。焊機(jī)PLC 能夠根據(jù)不同規(guī)格的帶鋼，調(diào)用焊機(jī)數(shù)據(jù)庫參數(shù)，自動(dòng)匹配焊接所用的焊接速度、焊接電流、焊輪壓力及碾壓力以及帶鋼兩側(cè)的搭接量，同時(shí)操作人員也可以手動(dòng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化焊縫質(zhì)量。

由于該線CLECIM 焊機(jī)已連續(xù)使用17 年之久，核心設(shè)備電流控制器頻繁出現(xiàn)工作不穩(wěn)定，入口焊接時(shí)電流時(shí)有時(shí)無、時(shí)大時(shí)小的故障，嚴(yán)重影響了焊縫質(zhì)量，造成產(chǎn)線降速或者停車，影響了設(shè)備的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。該設(shè)備內(nèi)部程序?qū)儆谕夥芥i定，電氣人員無法讀取修改，造成電氣工程師對(duì)其維護(hù)上的苦難。

通過查閱該焊機(jī)的相關(guān)資料以及焊機(jī)的主控系統(tǒng)西門子PLC 通訊模板，計(jì)劃升級(jí)為WTC 公司的梅達(dá)控制器A20-24-DIO（帶有以太網(wǎng)口），以及擴(kuò)容相應(yīng)的變壓器RC5546 250KVA，通過增加相應(yīng)模板和改寫程序，實(shí)現(xiàn)了焊機(jī)PLC—S7-400 系統(tǒng)與焊機(jī)控制器PLC 的完全融合，通訊正常，數(shù)據(jù)傳輸控制有效，保持了焊機(jī)之前原有的功能，操作人員按原有的操作習(xí)慣進(jìn)行操作。

優(yōu)化了自循環(huán)水冷系統(tǒng)電氣控制，更改水冷管路，增加對(duì)WTC 電流控制器的冷卻功能，加強(qiáng)對(duì)可控硅組件、焊接變壓器、上下電極輪的冷卻，保證高散熱設(shè)備的有效穩(wěn)定。

同時(shí)升級(jí)焊機(jī)變壓器為250KVA 雙變壓器，擴(kuò)大其額定容量，開發(fā)實(shí)現(xiàn)一拖二的新焊機(jī)功能，特殊情況下可以用一備一，增強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性，擴(kuò)容后的變壓器為以后厚板帶的開發(fā)提供可靠的電流保障，提高焊機(jī)的焊接能力。

改造前效果如圖1 改造升級(jí)后效果如圖2

改造升級(jí)后的CLECIM 窄搭接焊機(jī)在冷軋廠冷鍍鋅機(jī)組得到了成功的應(yīng)用，對(duì)于機(jī)組達(dá)產(chǎn)、超產(chǎn)起到了決定性作用。(1)該控制系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單、合理、可靠性高；(2)帶鋼實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搭接與焊接，設(shè)備自動(dòng)化程度高，故障、報(bào)警信息簡(jiǎn)單明了，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；(3)焊接工藝上，采用邊焊接邊擠壓，避免了先壓后焊帶來的帶鋼硬傷，減小焊縫超厚和提高焊縫質(zhì)量。