拉彎矯直機組的電氣控制系統

摘要：拉彎矯直機主要用于薄帶材的矯直，在我國的應用越來越廣泛。文章分析了拉彎矯直機組的特點，介紹了某拉彎矯直機組的設備組成及參數，并重點介紹了其電氣控制系統。

關鍵詞：拉彎矯直機組；電氣控制；PLC

隨著我國國民經濟的飛速發展，印刷業、家用電器行業、電子行業對帶材的平直度要求越來越高，板帶材加工廠利用拉彎矯直機對帶材進行矯直，通過連續拉伸和彎曲，使帶材產生塑性延伸，達到改善帶材板形的目的。

近年來，鋁加工行業對鋁板材技術要求越來越高，特別是對板材的平直度及其表面質量日趨嚴格。因此國內不少企業引進了現代化鋁帶材拉彎矯直機，通過提高鋁帶材的表面質量來提高產品的整體質量，最終實現企業的經濟效益的提高。

1拉彎矯直機組的特點

帶材板形缺箔產生的實質是由于帶材在寬度方向上具有不同的內應力，使之沿寬度方 向上相鄰的縱向纖維之間在長度方向上產生了很小的長度差。要想得到板形平整的板帶材，只需對帶材長度方向上施以超過材料屈服極限的應力，使長、短纖維同時產生一定的塑性變形，在應力松弛后，延伸變長的纖維仍然保留，從而使帶材內部縱向纖維間的長度和內應力趨于相同，且方向一致，即能達到矯平的目的。拉彎矯直機就是根據材料的彈塑性延伸理論對帶材進行矯平的。其基本原理為，需矯平的帶材在張力輥組施加的張力作用下連續通過上下交替布置的多組小直徑的彎曲輥，在拉伸和彎曲的聯合作用下沿長度方向 產生了塑性 的縱向延伸，使帶材各條縱向纖維的長度趨向于一致，從而減小帶材內部縱向內應力分布的不均勻性，改善帶材的平直度。

拉彎矯直機主要由兩部分組成，一部分是矯直單元，另一部分是張力輥組及其傳動部分。矯直單元包括產生塑性延伸，消除板形缺陷的彎曲輥組和負責消除橫向與縱向翹曲的矯直輥。張力輥組由入口張力輥組和出口張力輥組組成，負責提供矯直所需的張力。

生產線自動控制系統的主要功能：根據當前運行卷材的實際卷徑及帶材厚度自動減速到穿帶速度；根據設定的帶材寬度對開卷機作帶材對中控制；卷取機配置的帶材邊部測量裝置自動控制帶材對中開卷機張力控制；卷取機張力控制；生產線配置帶材平直度測量輥，用于帶材的平直度測量和顯示；自動控制程序能實現穿帶反轉運行及開卷機卷軸上剩余帶材的自動處理；測量系統能對自動S張緊輥組和張力 S張緊輥組進行滑動監視，自動高度調節；自動傾斜調節；自動支撐調節。

2 設備組成及主要技術參數

我國某公司生產的拉彎矯直機組由直流電機拖動，PLC+觸摸屏控制。系統速度無級可調，觸摸屏輸入板材厚度和寬度參數后，PLC自動調整各輥的速度和張力參數。系統運行平穩，操作簡單，維護方便，矯直范圍廣，矯直精度高、生產效率高等特點。

拉彎矯直機生產線的主要工作是將經冷軋機軋制完畢的板材經開卷、入口S輥、矯直機、出口S輥、卷取機，最終生產出延伸率達到要求的成品卷。主要設備有開卷機、入口S輥、精矯直機、出口S輥、卷取機等。系統組成見圖1：

其中：1：開卷機，2：入口1#S輥，3：入口2#S輥，4：精矯直機，5：出口3#S輥，6：出口4#S輥，7：卷取機。

設備技術參數：帶材來料：鋁、鋼；最高機列速度：120m/min、卷徑：φ505-φ1650mm、來料寬度：700-1000mm、來料厚度：0.1-1.5mm最大卷重：4000kg ；來料板型：≤40I；拉彎控制板形：≤3I；電氣控制：PLC+觸摸屏+直流調速器。

3電氣控制系統原理及特點

電氣控制系統構成：電控系統由PLC+觸摸屏+直流調速器組成，系統以PLC為核心，主操作臺和開卷及收卷操作臺為子站，通過Profibus網絡把各子站與各直流調速器連成一體，開卷、收卷電機配有編碼器，可計算線速度和卷徑，實行恒張力控制。

3.1電氣系統控制的原理及過程

拉彎矯直機生產線的主要控制要求是控制2#S輥和3#S輥之間的速度差，從而使板材達到設定的延伸率改變板材的物理特性。因此需選擇相應能夠達到控制要求的器件來組成控制系統。根據以上條件我們選擇SIEMENS 公司生產的S5-135U系列PLC，通過PROFIBUS-DP通訊總線和現場操作臺內的輸入輸出從站連接，直流電機驅動器選擇C.T.公司的MENTOR-II系列控制器。PLC系統選用928B，CPU、IP281高速計數器、IM308C通訊處理器、ET200U遠程IO從站及其它開關量、模擬量輸入輸出模塊。控制系統通過連接于2、3#S輥的高速計數器計算延伸率控制2、3#輥的轉速差實現延伸率的閉環控制；根據線速度和開卷機、卷取機轉速計算卷徑控制其電樞電流和勵磁電流實現恒張力卷繞控制。 其自動控制系統見圖2：

3.2 PLC程序結構及特點

電氣控制系統的控制程序采用結構化編程方式，各部分功能由獨立的程序塊實現，這樣就保證了程序的可讀性和可維護性。控制程序主要包括:初始化、機列控制、輔助設備控制、電機控制接口、延伸率測量、延伸率閉環控制、卷徑計算、速度分配、轉矩分配、設定顯示、報警處理、接口數據等。

主要控制過程及特點如下：

PLC控制2、3#S輥速度差實現閉環延伸率控制；PLC控制開卷及卷取實現恒張力卷繞控制；1、4#S輥的電流分別受控于2、3#S輥實現恒轉矩控制；高速計數器觸發過程中斷實現快速響應，滿足實時性要求；控制程序結構化編程，方便調試和維護；PLC采用Profibus總線結構的主從方式與操作臺PLC通訊，大大地減少了現場電纜及接線工作，同時系統的可靠性也得到較大提高。

3.3 電氣控制系統功能的實現

根據通過人機界面設定的延伸率、板材寬度、厚度、運行速度等參數，計算出各電機的速度給定分配值，并根據工藝要求計算各部分張力的分配關系，從而產生初始延伸率控制和張力控制。當機組運行速度超過最高速度的10%以后，自動投人延伸率閉環控制，通過延伸率PID環控制輸出，調整出口張力輥的速度分配。通過測量張力輥和開卷、卷取機的轉速可得到開卷、卷取實際卷徑。根據所測量的卷徑調整開卷機、卷取機的轉矩給定保持張力恒定。

結語

綜上所述，采用以上控制方式的拉彎矯機組電氣控制系統在運行中達到了良好的效果，延伸率、張力控制隱定可靠，板形及表面質量達到了要求。電控系統由PLC+觸摸屏+直流調速器組成，并以PLC為核心，通過Profibus網絡把各子站與各直流調速器連成一體，電氣系統接線簡單，穩定可靠，故障率低，維護方便，得到廣大客戶的好評。

我公司使用的1700拉彎矯直機控制系統先進，最大速度可達150m/min；另外可以實現拉矯、清洗和涂油功能，特別是帶高低壓水清洗系統，充分保證了板面的清潔性；另外精度較高，可以將產品厚度控制在0.2－1.0mm之間，寬度控制在1550mm以內，最小不平度可控制在3I內，對提高產品質量起到了很大的作用，在滿足用戶需求的同時極大地我公司的經濟效益。

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