縱剪線電氣控制系統改造方案

摘 要：文章主要介紹金屬帶材縱剪線電氣控制系統改造方案。

關鍵詞：縱剪線；電氣控制系統改造；方案

1 設備概況

1.1 概述

鈦帶項目縱剪線是20世紀80年代中期從美國引進的設備，電氣控制系統采用GE公司的PLC控制系統，直流電機傳動由模擬線路的直流調速裝置控制。由于使用年代久遠，線路板老化嚴重，且備件采購困難，自動化水平低。由于是購買的舊設備，與其恢復舊系統，不如重新設計新系統。故對該控制系統進行重新設計并調試。

1.2 分條機設備工藝流程

開卷機——檢測器——夾緊輥——縱剪機——廢邊卷取機——活套——拖察裝置——卷取機

2 材料選型

2.1 控制器選用西門子S7-300系列PLC

為了提高了控制系統穩定性，我們的控制器采用西門子S7-300 PLC。S7-300 PLC是模塊化中型PLC系統，滿足中、小規模的控制要求。各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應自動化控制任務。簡單實用的分布式結構和通用的網絡能力，使得應用十分靈活。無風扇設計的結構，使用戶的維護更加簡便。當控制任務增加時，可自由擴展大量的集成功能使它功能非常強勁。

2.2 主要低壓元件選用ABB低壓電器

2.2.1 斷路器

該斷路器具有可靠的操作和良好的隔離性能：操作手柄準確指示斷路器動觸頭的位置，保證了安全性和可靠性，符合IEC 60073 和 IEC 60417-2標準（I=閉合；O=斷開；黃綠線=脫扣斷開）。斷路器的操作機構為無關人力操作。脫扣器脫扣會使動觸頭自動斷開：如需將其重新閉合，需要將操作手柄復位，即通過把操作手柄由中間位置推至斷開位置的最下限。

斷路器可保證在斷開位置隔離回路，符合IEC60947-2標準和GB14048.2標準。斷路器在斷開位置時，有足夠的觸頭開距來保證電源側和負載側之間無泄漏電流，以及在過電壓條件下有足夠的介電強度

2.2.2 接觸器

A系列接觸器是基于系統一體化的概念向市場推出的產品，它具有緊湊的結構、穩定的工作性能、安裝更方便、維護更容易、使用更安全等特點。A系列的系統化概念，使它易與ABB的其它產品配合安裝，實現緊密的無縫連接，節省了柜體空間，降低了用戶的投資成本。

A系列接觸器還具有寬廣的范圍，從A9～A300，AF09～AF2050，其額定工作電流從9安至2050安，滿足了用戶的最大需求。AF接觸器還具有超寬的線圈工作電壓范圍，其線圈可以交、直流通用。A系列接觸器有三極和四極、有交流和直流控制線圈，還有廣泛的附件。

2.3 直流調速器

SIMOREG 6RA70系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數字控制裝置，其結構緊湊，用于可調速直流電機電樞和勵磁供電，裝置額定電樞電流范圍為15至2000A，額定勵磁3到85A，并可通過并聯SIMOREG整流裝置進行擴展，并聯后輸出額定電樞電流可達到12000A。6RA70直流控制器已經廣泛應用與各行業，控制器器的核心器件上已經在國內外得到可靠實例的證實，可靠性、安全方面較有保障。

根據不同的應用場合，可選擇單象限或四象限工作的裝置，裝置本身帶有參數設定單元，不需要其它的任何阻力。設備即可完成參數的設定。所有的控制、調節、監視及附加功能都由微處理器來實現。可選擇給定值和反饋值為數字量或模擬量。

SIMOREG 6RA70系列整流裝置特點為體積小，結構緊湊。裝置的門內裝有一個電子箱，箱內裝入調節板，電子箱內可裝用于技術擴展和串行接口的附加板。各個單元很容易拆裝使裝置維修服務變得簡單、易行。外部信號連接的開關量輸入/輸出，模擬量輸入、輸出，脈沖發生器等，通過插接端子排實現。

3 系統改造方案

本次改造控制核心采用西門S7-300系列PLC，縱剪直流調速器和卷曲直流調速器采用西門子的6RA70系列直流調速器，通過PROFIBUS網絡實現與控制器之間的數據通訊，在觸摸屏上顯示生產線的實時運行工況，可以對張力、電流、線速度等參數進行監控。

對本系統的改造分為五部分進行描述，分別是邊導裝置、開卷抱閘裝置、其它控制裝置、觸摸屏部分以及操作臺按鈕。

3.1 邊導裝置

關于邊導裝置，需要和邊導控制系統的廠家聯系后再決定下一步改造方案。

3.2 開卷抱閘裝置

關于開卷抱閘裝置，由于原系統是由模擬線路板控制，因為有些元件已經老化，所以給電氣維修人員造成了維修困難以及備件難買的情況。本次改造將這部分控制集成在S7-300的系統中，具體實施方案如下：當生產線運行時，在S7-300的系統中，通過FM350-2采集設備縱剪的線速度以及開卷編碼器計算獲得的開卷線速度，通過比較兩個線速度的信號，如果縱剪的線速度與開卷線速度相差超過允許值，自動調整抱閘系統的氣動調節閥，由于原系統的氣動調節閥采用的信號是1mA-5mA，所以在我們系統中，增加一臺變送器，將標準信號轉換為1mA-5mA來控制氣動調節閥的開度，從而調整了開卷的張力。同時，當開卷點動、縱剪點動、系統運行任意一種情況出現時，5號電磁閥打開，該電磁閥的電壓為AC120V，在系統設計時，考慮增加一臺AC 220C/AC120V的變壓器，給相關元件供電。當需要手動調節開卷張力時，通過2#操作臺上的電位器來設定所需要的張力。

3.3 其它控制部分的描述

對于設備的其它控制部分，包括入口卷材小車、壓輥、夾緊輥、廢邊卷取機、活套、拖察裝置、卸料器、出口卷材小車的控制保留原有功能；縱剪和卷取采用直流電機，原系統的直流驅動單元采用模擬電路板控制，老化嚴重，備件難買，因此，本次改造將這部分的驅動更換為西門子的6RA70系列的直流調速器。

為了減少系統間接線的數量，s7-300控制器與直流驅動器6RA70之間采用PROFIBUS網絡進行通訊，由于這種結構系統間的通訊只有兩根線，因此大大降低了現場的工作強度，控制指令和反饋信號均通過指令完成，系統的可靠性高，故障率低，提高了生產線的生產效率。

考慮將現場的編碼器更換為光洋或者瑞普的1024脈沖的編碼器，該編碼器我們已經在多臺設備上使用，性價比高，性能穩定。縱剪和卷曲電機的編碼器信號除了送給FM350-2之外，還送給直流調速器作為速度的反饋信號，其余兩臺編碼器直接送給FM350-2。

通過相應的編碼器可以測得設備不通工作點的線速度，張力建立起來后，可以通過縱剪的速度控制開卷和卷取的速度，但是，速度提高的前提是保證張力基本恒定，這部分控制當設備運行時由程序自動完成。

參考文獻

[1]劉華波.西門子S7300/400PLC編程與應用[M].機械工業出版社.

[2]西門子6RA70系列直流調速器說明書[S].