關(guān)鍵詞：寬度定尺剪；PLC；變頻器；自動(dòng)定尺；自動(dòng)剪切
1引言
隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，應(yīng)用新的電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，進(jìn)而提高企業(yè)知名度，占領(lǐng)市場(chǎng)，拓展市場(chǎng)的一條切實(shí)有效的途徑。可編程序控制器及變頻器控制技術(shù)的更新，功能的日益強(qiáng)大，實(shí)時(shí)性的增強(qiáng)為工業(yè)實(shí)時(shí)控制提供了更加有效的手段。濟(jì)鋼中板廠3#剪原控制系統(tǒng)是由交流電機(jī)、頻敏變阻器、主令控制器等組成，電機(jī)不調(diào)速，定尺機(jī)推頭的移動(dòng)距離通過(guò)齒輪組帶一個(gè)指針在刻度尺上指示。由于電機(jī)不調(diào)速，起制動(dòng)過(guò)程機(jī)械慣性大，機(jī)械沖擊大，加之刻度機(jī)和人眼的視角誤差等原因，不可避免地造成鋼板定寬精度差；在定寬過(guò)程中機(jī)械推頭經(jīng)常推過(guò)或推不到位，加長(zhǎng)了定寬的調(diào)整過(guò)程，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，影響了生產(chǎn)節(jié)奏，嚴(yán)重制約著生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，這種矛盾更加突出。為此，我們對(duì)3#剪原控制系統(tǒng)進(jìn)行了徹底改造，用PLC及變頻器完成了寬度定尺機(jī)推頭的位置控制，實(shí)現(xiàn)了較高精度的自動(dòng)定尺，提高了3#剪的剪切速度、剪切質(zhì)量和剪切精度，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了鋼板的實(shí)物質(zhì)量和市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
2系統(tǒng)基本工作原理
針對(duì)中板廠3#剪的生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，按工藝要求在保留機(jī)械設(shè)備及電機(jī)不變的前提下，盡量減少現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)點(diǎn)，以減少系統(tǒng)維護(hù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，決定用絕對(duì)值編碼起來(lái)檢測(cè)定寬機(jī)推頭的位置，PLC完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，變頻器完成電機(jī)的調(diào)速控制。在保證剪切精度的前提下力求系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，操作維護(hù)方便，以提高質(zhì)量、增加效益、降低勞動(dòng)強(qiáng)度為主攻目標(biāo)。
系統(tǒng)的主要工藝設(shè)備布置圖如圖1所示。
該系統(tǒng)的重點(diǎn)是如何找到設(shè)定寬度與推頭實(shí)際位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系及如何進(jìn)行推頭的定位控制。由物理學(xué)可知，定寬尺寸與推頭位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系是線性的，所以系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：Y=aX+b，其中b為推頭初始位置所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，由編碼器的初始位置決定；X為定寬設(shè)定長(zhǎng)度，單位為毫米；Y為設(shè)定寬度所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，a為斜率。這樣，實(shí)際測(cè)出推頭在定寬范圍內(nèi)的任意兩點(diǎn)(x，y)的值就可求出a的值；在a確定后，再確定一點(diǎn)就可求出b的值。a、b的值確定后，設(shè)定寬度尺寸和推頭實(shí)際位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系就確定了。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證模型的精確，克服人工測(cè)量誤差、機(jī)械傳動(dòng)精度等誤差因素，應(yīng)多求幾組a、b值，取a、b各自的平均值作為模型參數(shù)，使模型能準(zhǔn)確反映出系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
在確定了定寬尺寸與推頭位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，剩下的工作就是對(duì)推頭的精確定位了。推頭的定位控制由PLC和變頻器共同完成，這是系統(tǒng)的核心。根據(jù)工藝要求，提高生產(chǎn)節(jié)奏，系統(tǒng)的加減速曲線如圖2所示。系統(tǒng)的加減速時(shí)間由變頻器進(jìn)行設(shè)定，以保證系統(tǒng)的快速啟動(dòng)，滿速運(yùn)行；停車時(shí)由PLC經(jīng)運(yùn)算發(fā)出減速指令，變頻器以設(shè)定的減速曲線降低轉(zhuǎn)速，當(dāng)推頭到達(dá)預(yù)定位置時(shí)，PLC發(fā)出滑行停止及直流制動(dòng)命令，變頻器進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，電機(jī)停止，推頭到達(dá)設(shè)定位置。在推頭的定位控制中，影響定位精度的因素有機(jī)械傳動(dòng)裝置及鋼板的慣性，鋼板與輥道間的摩擦等諸因素。要詳細(xì)系統(tǒng)的檢測(cè)分析這些因素，將大大增加系統(tǒng)控制的復(fù)雜性，增加軟硬件投資，即便如此也不一定能取得好的控制效果。在深入分析研究的基礎(chǔ)上，我們把這些影響定位精度的諸因素作為一個(gè)系統(tǒng)誤差來(lái)整體消除，使得整個(gè)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單明了，數(shù)學(xué)模型線性直觀，便于實(shí)現(xiàn)。
該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)部分、PLC、變頻器、操作員終端、主令控制器等部分組成。
2.1現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)部分：
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)部分由AB公司生產(chǎn)的絕對(duì)執(zhí)行編碼器組成。他完成了機(jī)械推頭位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)，每一位置對(duì)應(yīng)一脈沖數(shù)，供PLC做控制用。該絕對(duì)值編碼器的編碼范圍為0000～9999，每轉(zhuǎn)1000個(gè)碼，輸出響應(yīng)時(shí)間小于1微秒。這種編碼器的優(yōu)點(diǎn)是快速性好，在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)脈沖累計(jì)誤差，以BCD碼形式輸出，但要求PLC必須有相應(yīng)的快速輸入模塊來(lái)處理才能滿足它快速性、實(shí)時(shí)性的要求。該編碼器為系統(tǒng)的精確定位提供了可靠的檢測(cè)手段。
2．2PLC部分：
PLC部分選用的時(shí)AB公司的SLC500系列小型可編程序控制器，完成了邏輯控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、編碼器輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)學(xué)模型的實(shí)現(xiàn)、變頻器起停與速度控制、外圍設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控、故障綜合及處理、與終端設(shè)備的通訊等功能。該系列PLC掃描周期短，配置簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，完全適合現(xiàn)場(chǎng)控制要求。
2.3變頻器部分：
變頻器選用的是富士系列37KW變頻器。根據(jù)工藝要求，提高生產(chǎn)節(jié)奏和推頭定位的準(zhǔn)確性，變頻器的制動(dòng)占空比較高(約為15％)，因此變頻器增加了制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，以提高系統(tǒng)制動(dòng)的快速性，滿足系統(tǒng)頻繁起制動(dòng)的要求。
變頻器的起停、正反轉(zhuǎn)、滑行停車、直流制動(dòng)等功能均由PLC控制，兩者共同完成了系統(tǒng)加減速曲線的設(shè)定、電機(jī)定位控制等功能。
2.4操作員終端：
操作員終端由PanelView 550和一臺(tái)PC及共同組成，兩者在功能上基本相似，都為人機(jī)對(duì)話提供了良好的界面，操作畫面形象直觀，各種操作一目了然。它們的區(qū)別在于PanelView 550增加了調(diào)試和維護(hù)畫面，可供現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員作一般性的維護(hù)、調(diào)試、校零用；而PC機(jī)的操作畫面更富有情感，更易于操作人員的操作，更重要的是它可以對(duì)PLC和操作員終端PanelView 550座更深層次的調(diào)試修改，以適應(yīng)特殊工藝的要求，供專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
2.5主令控制器：
主令控制器的設(shè)置完全是為了滿足現(xiàn)場(chǎng)操作工的習(xí)慣操作設(shè)置的，主要完成電機(jī)的起停車及正反轉(zhuǎn)控制。
3系統(tǒng)的功能及主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
中板廠3#剪定寬自動(dòng)控制系統(tǒng)主要完成了機(jī)械推頭移動(dòng)距離的實(shí)時(shí)檢測(cè)，一系列數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算及電機(jī)的控制。操作員終端為人機(jī)對(duì)話提供了良好的界面，操作、維護(hù)畫面形象、直觀，方便了系統(tǒng)地維護(hù)和操作。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有多種鋼板標(biāo)準(zhǔn)寬度，操作工只需按一個(gè)鍵就可完成標(biāo)準(zhǔn)寬度的設(shè)定，對(duì)于非標(biāo)產(chǎn)品寬度，系統(tǒng)設(shè)置了快速設(shè)定和修改功能，以適應(yīng)生產(chǎn)快節(jié)奏的要求，提高了剪切速度。另外，系統(tǒng)的調(diào)試畫面，使系統(tǒng)的調(diào)試變得輕松方便，大大節(jié)省了調(diào)試和維護(hù)時(shí)間，維護(hù)量大幅度下降。
系統(tǒng)的主要功能有：
(1)鋼板寬度的設(shè)定和修正。
(2)多種標(biāo)準(zhǔn)板寬預(yù)設(shè)。
(3)自動(dòng)校零。
(4)自動(dòng)、手動(dòng)操作。
(5)自動(dòng)定寬、快速返回。
(6)前后限位位置的任意設(shè)定、自動(dòng)停車。
(7)系統(tǒng)故障綜合及報(bào)警、手動(dòng)復(fù)位。
主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)：
(1)控制精度：≤2mm
(2)定寬范圍：1400～2200mm
(3)鋼板表面溫度：≤500℃
(4)剪切速度：＞90塊/小時(shí)
(5)平均無(wú)故障時(shí)間：＞8000小時(shí)
4系統(tǒng)配置
(1)系統(tǒng)的硬件配置如圖3所示：
(2)系統(tǒng)的軟件配置：
本系統(tǒng)的核心程序是用梯形圖語(yǔ)言編制的。在編制過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝、控制要求、所能完成的功能及達(dá)到的精度都作了詳細(xì)地分析計(jì)算，力求程序簡(jiǎn)潔、實(shí)用，充分滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝及控制精度要求。監(jiān)控程序完成了操作員終端與PLC之間的通訊、重要參數(shù)的設(shè)置與顯示，為人機(jī)對(duì)話提供了友好界面。
PC機(jī)的操作畫面是用VB 5．0編寫的，操作畫面和工作畫面更有靈活性，畫面更加形象直觀，易于操作。
主要控制程序的框圖如圖4所示。
5結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)自投用以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益顯著，再次證明了利用電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)可深入到企業(yè)的各個(gè)角落，不僅改造潛力巨大，而且能達(dá)到投入少，產(chǎn)出多，獲得良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目的，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
［１］日本富士公司FRN379S系列變頻器用戶手冊(cè)［Ｓ］
［２］AB公司SLC500系列PLC編程手冊(cè)［Ｓ］
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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