三菱電機(jī)PLC和變頻器在某金屬帶材收放卷系統(tǒng)改造的應(yīng)用
1、系統(tǒng)概述
金屬帶材在進(jìn)行軋制，退火，清洗，拉矯等各種工藝加工時(shí)，都需要一套穩(wěn)定運(yùn)行的收放卷系統(tǒng)來對(duì)帶材進(jìn)行恒張力控制，保證帶材一邊放卷進(jìn)入各道工序加工后又進(jìn)行卷取，以便開展下一道工序。長期以來金屬帶材恒張力收放卷系統(tǒng)被直流調(diào)速張力控制系統(tǒng)占據(jù)，而直流調(diào)速系統(tǒng)價(jià)格高，后期維護(hù)成本也貴，在變頻調(diào)速技術(shù)飛速發(fā)展的今天，完全可以采用變頻器配普通的變頻電機(jī)來取代，并且也可以達(dá)到恒張力控制的收放卷系統(tǒng)。
因此，當(dāng)某金屬材料公司一套帶鋼清洗印花線要求我們改造時(shí)，我們選擇了變頻調(diào)速恒張力改放卷系統(tǒng)方案，而舍棄了該生產(chǎn)線原來的直流調(diào)速方案。
2、工藝特點(diǎn)
該帶材清洗印花線先對(duì)帶材表面雜質(zhì)銹跡臟物進(jìn)行清洗，擠干水份后在表面印字，然后進(jìn)入烘箱烘干，再進(jìn)行一次清洗涂油后進(jìn)行收卷。要求帶材在進(jìn)行上述各道工序時(shí)保證帶材張力恒定，并且線速度為0-10M/MIN可調(diào)；清洗水箱水溫與烘干箱加熱溫度可調(diào)并能恒溫；帶材表面印字清晰，印字后經(jīng)烘干加熱再清洗后印花效果良好；收卷張力穩(wěn)定并且邊緣整齊，以下為設(shè)備示意圖：
針對(duì)以上要求，而且是原設(shè)備改造，由客戶提供了三菱FX2N的PLC，然后我們選擇三菱電機(jī)性能優(yōu)秀的A840系列變頻器三臺(tái)，各用于開卷電機(jī)、收卷電機(jī)和一臺(tái)速度基準(zhǔn)輥，每個(gè)電機(jī)均安裝編碼器。上位機(jī)速度給定傳送給線速度基準(zhǔn)輥?zhàn)冾l器，然后開卷電機(jī)變頻器和收卷電機(jī)變頻器采用張力給定方式控制電流環(huán)。根據(jù)線速度相等的原理，同一時(shí)間內(nèi)速度基準(zhǔn)輥與開卷電機(jī)走過的帶村相等，可以推出速度基準(zhǔn)輥的半徑與編碼器數(shù)的積與開卷機(jī)帶材半徑與碥碼器數(shù)的積相等，從而可以算出開卷機(jī)的實(shí)時(shí)卷徑，根據(jù)張力與轉(zhuǎn)矩的計(jì)算式，可以算出此時(shí)需要的轉(zhuǎn)矩，換成電流給定百分比傳送給開卷變頻器，收卷電機(jī)也是如此，從而保證恒定的張力控制。同時(shí)收卷臺(tái)利用伺服電機(jī)加糾偏探頭進(jìn)行糾偏，以保證收卷邊緣整齊。
各清洗刷輥采取接觸器工頻啟停前后兩個(gè)清洗箱和中間烘干箱采用三段三相可控硅控制電阻絲，利用K分度熱電偶反饋給三個(gè)溫度控制器各自進(jìn)行PID調(diào)節(jié)恒溫控制，然后上機(jī)與溫控制器進(jìn)行通訊設(shè)定及反饋。整個(gè)系統(tǒng)上位機(jī)采用組態(tài)王軟件，PLC為FX2N-64MT（客戶存貨），F(xiàn)X2N-4DA及FX2N-4AD各一個(gè)，臺(tái)達(dá)伺服電機(jī)0.75KW一套（客戶提供）。
4、系統(tǒng)調(diào)試
整個(gè)系統(tǒng)操作分為傳動(dòng)和聯(lián)機(jī)兩大部份，當(dāng)傳動(dòng)按鈕按下而聯(lián)機(jī)按鈕未按下時(shí)，系統(tǒng)開卷機(jī)，收卷機(jī)均可以點(diǎn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)以方便操作人員穿帶及倒卷或松卷緊卷，各洗刷輥均可以手動(dòng)啟停。當(dāng)傳動(dòng)和聯(lián)機(jī)按鈕均按下時(shí)，系統(tǒng)開始聯(lián)動(dòng)，生產(chǎn)線按照操作工在上位機(jī)上所設(shè)定的線速度和張力聯(lián)機(jī)運(yùn)行，開卷機(jī)和收卷機(jī)開始進(jìn)行卷徑計(jì)算并且輸出實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩以滿足張力需求，各清洗刷輥及烘干加熱也聯(lián)機(jī)工作。同時(shí)收卷臺(tái)糾偏伺服電機(jī)根據(jù)糾偏探頭進(jìn)行帶材糾偏，為了保證系統(tǒng)安全，必須對(duì)開卷電機(jī)和收卷電機(jī)進(jìn)行限速，以防止飛車。以下為現(xiàn)場調(diào)試時(shí)的圖片（由于客戶現(xiàn)場不便拍照便只拍攝了下述幾張），由圖片可以看出，帶材收卷張力恒定并且邊緣整齊。
該系統(tǒng)取代了原有的直流調(diào)速收放卷系統(tǒng)，憑著三菱A８４０的優(yōu)異性能及FX系列PLC出色的控制性能，為客戶省下了電機(jī)成本及后續(xù)的維護(hù)經(jīng)費(fèi)。
6、總結(jié)
三菱電機(jī)PLC及變頻器在金屬帶材收放卷系統(tǒng)的控制方面表現(xiàn)非常良好，由上圖可以看出系統(tǒng)獲得了很好的運(yùn)行，說明完全可以取代行業(yè)內(nèi)一直采用的直流調(diào)速方案，具有很好的價(jià)格優(yōu)勢和維護(hù)優(yōu)勢。
金屬帶材在進(jìn)行軋制，退火，清洗，拉矯等各種工藝加工時(shí)，都需要一套穩(wěn)定運(yùn)行的收放卷系統(tǒng)來對(duì)帶材進(jìn)行恒張力控制，保證帶材一邊放卷進(jìn)入各道工序加工后又進(jìn)行卷取，以便開展下一道工序。長期以來金屬帶材恒張力收放卷系統(tǒng)被直流調(diào)速張力控制系統(tǒng)占據(jù)，而直流調(diào)速系統(tǒng)價(jià)格高，后期維護(hù)成本也貴，在變頻調(diào)速技術(shù)飛速發(fā)展的今天，完全可以采用變頻器配普通的變頻電機(jī)來取代，并且也可以達(dá)到恒張力控制的收放卷系統(tǒng)。
因此，當(dāng)某金屬材料公司一套帶鋼清洗印花線要求我們改造時(shí)，我們選擇了變頻調(diào)速恒張力改放卷系統(tǒng)方案，而舍棄了該生產(chǎn)線原來的直流調(diào)速方案。
2、工藝特點(diǎn)
該帶材清洗印花線先對(duì)帶材表面雜質(zhì)銹跡臟物進(jìn)行清洗，擠干水份后在表面印字，然后進(jìn)入烘箱烘干，再進(jìn)行一次清洗涂油后進(jìn)行收卷。要求帶材在進(jìn)行上述各道工序時(shí)保證帶材張力恒定，并且線速度為0-10M/MIN可調(diào)；清洗水箱水溫與烘干箱加熱溫度可調(diào)并能恒溫；帶材表面印字清晰，印字后經(jīng)烘干加熱再清洗后印花效果良好；收卷張力穩(wěn)定并且邊緣整齊，以下為設(shè)備示意圖：
圖1 帶材清洗線示意圖
針對(duì)以上要求，而且是原設(shè)備改造，由客戶提供了三菱FX2N的PLC，然后我們選擇三菱電機(jī)性能優(yōu)秀的A840系列變頻器三臺(tái)，各用于開卷電機(jī)、收卷電機(jī)和一臺(tái)速度基準(zhǔn)輥，每個(gè)電機(jī)均安裝編碼器。上位機(jī)速度給定傳送給線速度基準(zhǔn)輥?zhàn)冾l器，然后開卷電機(jī)變頻器和收卷電機(jī)變頻器采用張力給定方式控制電流環(huán)。根據(jù)線速度相等的原理，同一時(shí)間內(nèi)速度基準(zhǔn)輥與開卷電機(jī)走過的帶村相等，可以推出速度基準(zhǔn)輥的半徑與編碼器數(shù)的積與開卷機(jī)帶材半徑與碥碼器數(shù)的積相等，從而可以算出開卷機(jī)的實(shí)時(shí)卷徑，根據(jù)張力與轉(zhuǎn)矩的計(jì)算式，可以算出此時(shí)需要的轉(zhuǎn)矩，換成電流給定百分比傳送給開卷變頻器，收卷電機(jī)也是如此，從而保證恒定的張力控制。同時(shí)收卷臺(tái)利用伺服電機(jī)加糾偏探頭進(jìn)行糾偏，以保證收卷邊緣整齊。
各清洗刷輥采取接觸器工頻啟停前后兩個(gè)清洗箱和中間烘干箱采用三段三相可控硅控制電阻絲，利用K分度熱電偶反饋給三個(gè)溫度控制器各自進(jìn)行PID調(diào)節(jié)恒溫控制，然后上機(jī)與溫控制器進(jìn)行通訊設(shè)定及反饋。整個(gè)系統(tǒng)上位機(jī)采用組態(tài)王軟件，PLC為FX2N-64MT（客戶存貨），F(xiàn)X2N-4DA及FX2N-4AD各一個(gè)，臺(tái)達(dá)伺服電機(jī)0.75KW一套（客戶提供）。
4、系統(tǒng)調(diào)試
整個(gè)系統(tǒng)操作分為傳動(dòng)和聯(lián)機(jī)兩大部份，當(dāng)傳動(dòng)按鈕按下而聯(lián)機(jī)按鈕未按下時(shí)，系統(tǒng)開卷機(jī)，收卷機(jī)均可以點(diǎn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)以方便操作人員穿帶及倒卷或松卷緊卷，各洗刷輥均可以手動(dòng)啟停。當(dāng)傳動(dòng)和聯(lián)機(jī)按鈕均按下時(shí)，系統(tǒng)開始聯(lián)動(dòng)，生產(chǎn)線按照操作工在上位機(jī)上所設(shè)定的線速度和張力聯(lián)機(jī)運(yùn)行，開卷機(jī)和收卷機(jī)開始進(jìn)行卷徑計(jì)算并且輸出實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩以滿足張力需求，各清洗刷輥及烘干加熱也聯(lián)機(jī)工作。同時(shí)收卷臺(tái)糾偏伺服電機(jī)根據(jù)糾偏探頭進(jìn)行帶材糾偏，為了保證系統(tǒng)安全，必須對(duì)開卷電機(jī)和收卷電機(jī)進(jìn)行限速，以防止飛車。以下為現(xiàn)場調(diào)試時(shí)的圖片（由于客戶現(xiàn)場不便拍照便只拍攝了下述幾張），由圖片可以看出，帶材收卷張力恒定并且邊緣整齊。
PLC程序設(shè)計(jì)部分梯形圖
該系統(tǒng)取代了原有的直流調(diào)速收放卷系統(tǒng)，憑著三菱A８４０的優(yōu)異性能及FX系列PLC出色的控制性能，為客戶省下了電機(jī)成本及后續(xù)的維護(hù)經(jīng)費(fèi)。
6、總結(jié)
三菱電機(jī)PLC及變頻器在金屬帶材收放卷系統(tǒng)的控制方面表現(xiàn)非常良好，由上圖可以看出系統(tǒng)獲得了很好的運(yùn)行，說明完全可以取代行業(yè)內(nèi)一直采用的直流調(diào)速方案，具有很好的價(jià)格優(yōu)勢和維護(hù)優(yōu)勢。
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