广东亚铝2 025 mm彩涂线涂机自动控制系统的研究

2012-01-26王钊

中国重型装备 2012年1期

王钊

(中国重型机械研究院有限公司，陕西 710032)

2011 年中国重型机械研究院有限公司为广东肇庆亚州铝业有限公司调试了一条自西马克公司进口的2 025 mm 彩涂线设备。本文对2 025 mm 彩涂生产线中的重要设备——涂机的自动控制系统进行设计分析、探讨。

1 设备组成

涂机辊系包括上表面测量辊(TSMR)、上表面挂料辊(TSPU)、上表面涂料辊(TSAP)、下表面涂料辊(BSAP)、下表面挂料辊(BSPU)、下表面测量辊(BSMR)。化学涂层厚度要求控制在0.4 μm～2 μm 范围之内，通过调节涂料辊、挂料辊的转速和方向以及微调带材与涂料辊/挂料辊之间的位置/压力来实现。其中各辊传动选用SIEMENS 6SE70 逆变器变频调速，并且每个辊传动侧(DR)及操作侧(OP)位置调整均分别配有力士乐饲服电机驱动，伺服驱动器随时可根据位置或压力控制信号进行动作调整。

2 自动控制系统配置

涂机饲服传动系统选用德国力士乐Indradrive 饲服驱动器;涂辊压力检测选用德国海纳(HAEHNE)KMB35(25 kN)压力传感器及DMA(数字测量放大器);PLC 控制系统采用西门子S7-300带分布式I/O ET200 控制方案，PLC与ET200 从站、伺服驱动器之间组建PROFIBUS DP网通讯，与HMI 人机界面之间的信号传送采用以太网通讯方式，并通过CP343-1 以太网通讯模块与二级管理机之间建立连接。涂机主操作台上设有1 台HMI 监控操作站，用于对涂机进行监控操作，包括工作状态显示、参数设定、故障报警及诊断等。

3 人机界面

涂机运行主画面设有“HMI”“L2”选择按钮。选择“HMI”模式时，所有操作控制命令与数据均由操作工在触摸屏上设置完成;选择“L2”模式时，所有操作控制命令与数据均由L2 二级下达。当选择“HMI”模式时，运行主画面上设有6 个模式选择按钮，可分别选择TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 工作在位置闭环控制模式(POSITION)或压力闭环控制模式(FORCE)。画面上还分别设有6 个辊DR 侧及OP 侧位置实际值(mm)和压力实际值(kN)显示。

位置模式画面分别设有TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 传动侧(DR)及操作侧(OP)的位置设定值(mm)和位置实际值(mm)，其中伺服电机位置行程最大范围为80 mm。

当选择位置闭环控制模式时，分别将每个辊子DR 侧和OP 侧位置目标值设定好后，按下“位置输入确认”(POSITION ENTER)按钮，则伺服驱动自动行驶到相应位置目标值后停止，实现位置闭环控制。

压力模式画面分别设有TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 传动侧(DR)及操作侧(OP)的压力设定值(kN)和压力实际值(kN)，其中涂料、挂料辊压力设定最大范围为10 kN，测量辊压力设定最大范围为2 kN。当选择压力闭环控制模式时，分别将每个辊子DR 侧和OP 侧压力目标值设定好后，按下“压力输入确认”(FORCE ENTER)按钮，则伺服驱动自动行驶到相应压力目标值后停止，实现压力闭环控制。

当选择“HMI”模式时，在“ROLL SPEED”画面上可分别设定TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 主传动相关参数并实时显示其运行状态。首先应分别选择设置好每个辊子“使能”(ENABLE)信号、“方向”(DIRECTION)信号，并分别设置好“辊径”(DIAMETER)。当选择“手动”(MANUAL)模式时，辊子以表面线速度手动设定值(SPEED SET)旋转运行;当选择“自动”(AUTO)模式时，分别设定每个辊子速度因子系数(SPEED FACTOR)，当彩涂机组主线运行时，涂机每个辊子按照机组实际线速度与相应速度系数的乘积旋转运行。

其中:SPEED SET 设定值范围为0～100 m/min;SPEED FACTOR 设定值范围涂料、挂料辊为0～1.0，测量辊为0～0.5;当涂机主传动旋转运行时，每个辊子实际线速度(ACTUAL SPEED)及实际负载(ACTUAL LOAD)实时显示在画面上;同时，涂机机组实际线速度(PROCESS LINE SPEED)也实时显示在画面上。

设备画面中设有如下按钮操作:

上表面刮刀启/停(TOP SIDE DOCTOR BLADE ON/OFF);

下表面刮刀启/停(BOTTOM SIDE DOCTOR BLADE ON/OFF);

升降辊刮刀伸出/缩回(DEFLECTOR ROLL BLADE APPLY/RETRACT);

升降辊刮刀伸出/缩回(LIFT ROLL BLADE APPLY/RETRACT);

下表面涂头松开/锁紧(BOTTOM SIDE COATER HEADS UNLOCK/LOCK);

画面右上方设有升降辊位置显示(LIFT ROLL POSITION);范围为0～200 mm.。

TOP 侧涂头、BOTTOM 侧升降辊设有“手动”(MANUAL)及“自动”(AUTO)选择按钮。当选择“手动”时，由操作工在涂机操作控制箱上手动操作TOP 侧涂头进退动作和BOTTOM 侧升降辊升降动作;当选择“自动”时，两侧动作自动完成。

其中:当主线机组运行并无焊缝信号时，TOP侧涂头自动前进至涂料位置，BOTTOM 侧升降辊自动降至0 mm;当主线机组停止或有焊缝信号时，TOP 侧涂头自动后退至焊缝位置，BOTTOM 侧升降辊自动升至150 mm。

故障画面上设有急停、测量辊状态、挂料辊状态、涂料辊状态、托盘涂料液位、防护罩状态等故障报警信息及故障复位按钮，以便及时发现处理设备故障报警信息。

涂机现场操作控制箱上还设有TSMR、TSPU、TSAP、BSAP、BSPU、BSMR 辊位置手动调整旋钮，可对每个辊传动侧、操作侧位置进行单独点动调整，也可两者同步点动调整。

4 PLC 硬件组态及伺服传动参数设置

完成PLC 硬件组态配置后，打开Rexroth Indraworks Engineering 软件，在工程项目中Master communication settings 目录下完成伺服驱动装置与PLC 通讯设置，包括通讯地址、波特率、循环时间等。数据交换定义为输入输出各5 个字，其中PLC 向伺服驱动装置传输的数据依次为总线控制字(P-0-4077)、信号控制字(S-0-0145)、位置给定(S-0-0282)，第四第五两个字备用;伺服驱动装置向PLC 传输的数据依次为总线状态字(P-0-4078)、信号状态字(S-0-0144)、位置反馈(S-0-0051)，第四第五两个字备用。总线控制字(P-0-4077)中bit0 定义为新位置设定触发位，bit6 定义为正向点动，bit7 定义为反向点动，bit13～15 定义为装置合闸使能工作。PLC 程序中位置设定值(mm)需乘以105倍换算后传输给伺服驱动装置。同理，从伺服驱动装置读取位置反馈值时需除以105倍换算后才能得出实际值(mm)。

此外，在测量系统/电机编码器(Measuring system/Motor encoder)目录下，可设置编码器类型(旋转型或直线型)以及测量位置范围等参数。在测量单元(scaling/units)、机械减速比(Mechanical gear)目录下设置机械减速比等参数。在Drive control/overview/Mode of Motor Control 目录下，设置为Field-oriented current control with encoder(带编码器的磁场导向电流控制)。在操作模式(operating modes)目录下，设置为Drivecontrolled positioning，lagless，encoder 1。在Create position data reference/Data reference motor encoder目录下，点击Set Absolute Measuring 按钮，则完成编码器位置清零功能;在优化/试车目录下(optimization/commissioning)，可选择快速调试模式(Easy start up mode)，设定速度给定值后可直接通过计算机串口控制伺服驱动器。在Local I/Os目录下，可设置驱动器装置端子开关量、模拟量输入/输出功能，方便控制使用。