镀锌线CLECIM 焊机电气控制原理及其优化升级

申燕光 陆哲城

（河北钢铁集团邯钢公司冷轧厂，河北 邯郸 056000）

焊机的工作原理：窄搭接电阻焊机的焊接原理是将两块带钢搭接，通以适当的电流，在材料自身的电阻、材料间及材料与电极间接触部分的电阻上产生热量，最终熔化而焊接起来。根据焦耳定律，焊缝处产生的热量用公式(1)表示如下：Q=I2RT=IUT (1)式中，Q 为热量；I 为电流；R 为焊接区电阻；U 为电极间电压；T为通电时间。

从式(1)中看出，发热量与焊接电流、通电时间及电阻（包含自身电阻和接触电阻）有关。当对不同规格的带钢进行焊接时，通过控制电流大小、通电时间的长短(实际是通过改变小车速度V 来控制通电时间)，及接触电阻和自身电阻（改变焊轮压力）。

焊机的电气设备由以下3 个主要部分组成：可编程逻辑程序(PLC)、焊机交互画面(HMI)、供电单元。其中PLC 是控制焊机的核心，采用西门子S7-400CPU，通过它可实现焊接逻辑控制、焊轮及碾压轮压力调节、搭接量位置管理，小车移动焊接速度控制，焊接报文及报警显示的管理；焊机交互界面客户端用于，焊接参数的手自动选择和调整、生产焊接参数报告、焊机主要参数趋势图、报警等信息；供电单元主要包括可控硅控制器、焊接变压器和整流回路、以及散热部件的水冷却系统组成。

焊机顺序控制：当产线进入甩尾程序，同时焊机准备就绪，带尾能够自动定位到焊机出口待机位，冲孔、剪切、出口夹持板闭合处于搭接位。下一卷带头开始定位，对中、剪切、入口夹持板闭合处于搭接位，同时出入口带钢进行搭接、焊接，并由碾压轮对焊缝进行碾压，焊接完成后，释放带钢，焊机返回初始位置，等待下一个焊接周期。

焊接电流的控制：ML21 型焊机电流控制系统主要由可控硅控制器、焊机变压器/整流器两部分组成。另外还设计有电流监视、电压监视等监视元件。焊接主回路通过3 相380V 交流为变压器供电，二次侧输出约5V 的低电压，输出经二极管整流器整流，以直流的形式输出至焊轮。上下两焊轮与带钢构成回路，实现直流电流焊接。焊机PLC 能够根据不同规格的带钢，调用焊机数据库参数，自动匹配焊接所用的焊接速度、焊接电流、焊轮压力及碾压力以及带钢两侧的搭接量，同时操作人员也可以手动调整相关参数，优化焊缝质量。

由于该线CLECIM 焊机已连续使用17 年之久，核心设备电流控制器频繁出现工作不稳定，入口焊接时电流时有时无、时大时小的故障，严重影响了焊缝质量，造成产线降速或者停车，影响了设备的稳定性和产品质量。该设备内部程序属于外方锁定，电气人员无法读取修改，造成电气工程师对其维护上的苦难。

通过查阅该焊机的相关资料以及焊机的主控系统西门子PLC 通讯模板，计划升级为WTC 公司的梅达控制器A20-24-DIO（带有以太网口），以及扩容相应的变压器RC5546 250KVA，通过增加相应模板和改写程序，实现了焊机PLC—S7-400 系统与焊机控制器PLC 的完全融合，通讯正常，数据传输控制有效，保持了焊机之前原有的功能，操作人员按原有的操作习惯进行操作。

优化了自循环水冷系统电气控制，更改水冷管路，增加对WTC 电流控制器的冷却功能，加强对可控硅组件、焊接变压器、上下电极轮的冷却，保证高散热设备的有效稳定。

同时升级焊机变压器为250KVA 双变压器，扩大其额定容量，开发实现一拖二的新焊机功能，特殊情况下可以用一备一，增强设备的稳定性，扩容后的变压器为以后厚板带的开发提供可靠的电流保障，提高焊机的焊接能力。

改造前效果如图1 改造升级后效果如图2

改造升级后的CLECIM 窄搭接焊机在冷轧厂冷镀锌机组得到了成功的应用，对于机组达产、超产起到了决定性作用。(1)该控制系统配置简单、合理、可靠性高；(2)带钢实现自动搭接与焊接，设备自动化程度高，故障、报警信息简单明了，降低了操作人员的劳动强度；(3)焊接工艺上，采用边焊接边挤压，避免了先压后焊带来的带钢硬伤，减小焊缝超厚和提高焊缝质量。