張力控制專用變頻器在開卷復合生產線上的應用

圖1 生產線示意圖

      二、生產線的工藝流程： 
      上料臺車將金屬卷材送至開卷機上。板材由開卷機引出，經過展平機初步整平，送入修邊機實施板材縱剪，按工藝要求完成板材寬度的加工。校平機由15根校平輥（七上八下）和一對牽引輥組成，它也是這條生產線的主牽引機。經過校平機后，平整的板材經緩沖坑，然后，由定尺送進按一定的板材長度定量送入剪扳機實施板材剪切。皮帶機將加工完好的合格板材輸送到堆料小車上。兩臺碎邊機安裝在修邊機后，分別將縱剪下來的兩條下腳料破碎，以便運輸存儲。為了提高生產效率，加快剪切速度，本生產線上的橫剪刀采用液壓馬達驅動。

    由本生產線的工藝流程可以看出：開卷、展平、修邊、碎邊和校平應在一個線速度V1下同步運行。定尺送進和皮帶之間設有橫剪刀，因此，定尺送進、皮帶和橫剪刀是斷續運行，同時，它的運行速度V2應大于V1。在校平機與定尺送進機之間的緩沖坑，其作用是：平衡V1和V2之間的速度關系，保證生產線的穩定運行。 

三、電氣控制方案： 
        展平、修邊、碎邊和校平的運行速度容易實現同步，只要將電機的旋轉速度按照自身的減速器、傳動輥子等的機械參數折算成線速度，與生產線的線速度V1統一即可。 
        在開卷工作中，由于卷徑是在不斷變化的，開卷電機的旋轉速度與生產線的線速度V1很難找到匹配關系。換句話說，如何解決開卷機與整條生產線的運行速度V1同步的問題，是電氣設計的主要工作之一。 定尺送進、橫剪刀和皮帶是斷續運行。板材由定尺送進機的牽引輥按照加工要求的長度送入剪扳機進行橫向剪切。因此，定尺送進機是生產線的位置控制精度要求最高的設備。 
目前，開卷機的控制有以下幾種方案： 
①、 電磁滑差調速：手動調節開卷機的轉速，使之與生產線的線速度一致。 
②、 張力控制：利用板材表面張力恒定的原理，使之自動跟隨生產線的線速度。 
張力控制的實施又分為：力矩電機、直流電機、張力控制器等。 
方案①的優點：電氣控制簡單，造價低廉。缺點：控制方式陳舊，勞動量大，效率低，耗能高，無法實現生產線的自動運行。 
方案②的優點：操作簡單，自動化程度高。缺點：控制復雜，造價高昂。 
我們經過調研，決定采用TD3300張力控制交流變頻器，使開卷機在張力的控制下，自動跟隨生產線的線速度。在自動化程度不降低的前提下，大大降低了開卷生產線的制造成本，提高了性能價格比。 
由于生產線要求的幾何精度較高，所以，我們采用了交流伺服電機作為定尺送進機的拖動。在幾何精度要求不高的開卷橫剪線上，也可采用（編碼器+交流電機）的控制方式驅動定尺送進機，這樣的電氣系統更簡單、經濟。 

四、開卷校平復合剪切生產線的電氣控制系統： 
電氣系統圖見圖2 
 

        整條生產線由一臺艾默生產的EC20系列的可編程序控制器統一控制。通過RS485接口和方便的內部指令，可與變頻器實現實時的信息通訊。此舉不僅節省了“模/數”轉換模塊，而且，也消除了不同系列產品之間的通訊存在著協議誤碼的隱患。 
控制流程圖如下： 
 

圖3 控制流程圖 
        運行速度的統一：生產線連續運行速度V1由校平機的速度調節電位器R5給定。修邊、碎邊、展平的電機速度可以通過下面的公式計算出與V1同步的轉速： 

R=V1×Jb／πφ 
式中：R—電機轉速 
V1—連續運行的線速度 
Jb—機械速比 
φ—傳動輥直徑 
π—常數 

開卷電機的轉度－－利用TD3300張力控制特性，自動跟隨連續運行速度V1。 
        通過PLC內部的變頻器指令，讀出V1線上的即時運行頻率，經換算，得出定尺送進和皮帶的斷續運行速度V2，按照一定的比例關系，分別設定速度給定。使定尺送進和皮帶以V2的速度同步運行，保證板材不被劃傷，保持板材原有的光潔度。 

五、TD3300張力控制專用變頻器的設定：（參見—變頻器的用戶手冊） 
         TD3300張力控制專用變頻器是力矩電機、直流電機等卷曲類控制理想的替代產品。它優點是：控制簡潔、易于維護、造價低等，具有較高的性能價格比。 
具體的參數設定如下表（僅供參考）： 
六、結論： 
         開卷機如何與生產線上的其他設備同步運行，是開卷生產線電氣控制焦點所在。本生產線采用了TD3300張力控制專用變頻器，成功地解決了開卷機與生產線同步運行的問題。 
        生產線上連續運行速度V1與斷續運行速度V2之間的匹配關系，需要在生產線的現場調試時，根據緩沖坑等實地情況確定。 
        由于可編程控制器和變頻器等主要部件都采用了艾默生品牌，從而使它們之間的通訊實現了無縫對接，保證了電氣系統的安全運行，大大提高了性能價格比。