1、460毫米幅寬成卷鋼板校平剪板機臺達自動控制系統解決方案摘要: 從煉鋼廠生產的460毫米幅寬的成卷鋼板一般需要經過校平和分剪為客戶所需的板材才能銷售; 本方案為校平分剪機控制系統,采用普通異步電機和變頻器的結構,用臺達增量式編碼器測量長度,用臺達EH系列PLC控制,實現低成本的準確裁剪;此類設備一般用于鋼廠和鋼材庫房的精度5毫米左右的分剪設備,對于其它的間歇式裁剪系統經適當修改也可適用;關鍵詞: 定長剪切,PID異步電機快速定位算法,變頻器通訊,編碼器中達電通電通股份有限公司機電事業部成都分公司一、 生產工藝介紹：生產工藝流程如下圖1所示： 圖1：工藝流程圖此生產線系統由五個部分組成。送料機、

2、校頻機、切板機、皮帶部分和堆放成品部分。原材料卷板(約3-5毫米后的鋼板)經送料機壓平后送料，經過四米長地坑緩沖后進入校頻機定位，定位完成后切板機裁切成成品最后經皮帶送出包裝。操作人員可以通過手動啟動、停止各部分電機。自動運行中，地坑中的光電開關根據鋼板下垂程度來通斷送料機，以便和校頻機速度相匹配，操作人員通過文本顯示器輸入每刀長度與刀數。系統按所設定的運行，節距一般為2米，精度要求5mm之內。速度要求每分鐘8張左右。二、 工藝數據和分析：1. 工藝數據情況送料機功率：7.5Kw；校頻機減速點機功率：3.7Kw ； 減速比：15：1；切板機電機功率：4Kw；皮帶傳送電機功率：3.7Kw；校頻機

3、滾軸直徑：108mm；編碼器分辨率：500ppr；送料機最高速度：25m/min；切板機速度：60次/min；原料鋼板厚度：3mm； 寬度：小于 460mm；緩沖地坑：4米長，3米深。2. 傳統的實現方法及其缺點: 一般此類設備采用直流調速系統, 系統笨重,耗電量大,調試復雜,維護成本很高,在定位控制上面,采用讀取行程開關信號后預減速配合氣壓制動的定位方式,剪切效率很低,誤差較大,隨著自動控制技術的發展和變頻調速器的技術的提高, 更先進和更快速的分剪成為可能;三、 臺達的控制方案一總述采用文本顯示器TP02G作為指令和數據上行下達的窗口；人機界面和DVP14ES00R通訊，數據和指令經過PLC

4、控制現場設備；本系統采用編碼器、PLC、變頻器來完成定位達到要求。采用500PPR的臺達編碼器與滾軸直連來準確檢測記數位置。采用3.7Kw減速比為15：1的減速電機來驅動校頻機。用電磁抱閘來克服定位完成時鋼材的慣性運動。在這樣的定位系統中,我們采用動態PID連續定位算法,這是我們自創的算法,這使得處于速度模式的變頻器可以控制異步電機非常準確的定位,在這種算法下,變頻器的給定轉速處于動態狀態,由PLC的RS485接口與變頻器通訊完成，以低成本方式取代原來需要交流伺服才能完成的功能,實現了準確的節距控制；現場設備的各類信號反饋到PLC，實現安全控制；整體控制框圖如下圖2：二關于本控制方案的數據計算

5、滾軸直徑為108mm，周長為3.1415*108=339mm。編碼器采用2倍頻計數，那幺編碼器計數的精度為339/1000=0.339mm。切板機每切一次的時間為1s，滾軸帶動原料要求以30m/min的速度可以滿足要求：按每塊加速到最大速度時間2s，減速到0時間2s計算。一分鐘內有60-8-4*8=20s在最高速運行。一分鐘內運行距離：20*30/60+30*4*8*0.5/60=18m，可以滿足每分鐘2*8=16m的要求。PLC的計數頻率：（30*1000/0.339）/60=1475HZ<3KHZ。用臺達ES系列的PLC可以滿足要求。采用額定轉速為1450轉/分、15的減速比的減速電

6、機，速度：1450/15=96轉/分。滾軸軸徑108mm。線速度：3.1415*108*96/1000=32.7米/分。大于上面計算的最高速度30米每分。因此是可以滿足要求的。設定的參數和PLC自動修正的數據存放于PLC的掉電保持區（EEPROM AREA），可以保證數據不會丟失；人機界面具備電池后備數據保持區（64K BYTE），可以存放重要的過程歷史數據；同時人機界面對PLC的數據作二次處理，如報警記錄和顯示等；可根據客戶的要求進行設計；三設備控制方式設有各個部分電機操作按鈕及急停按鈕，有手動、自動選擇，人機界面（文本顯示器）放置與現場，方便隨時操作、更改參數。PLC放于現場，減少電纜敷設

7、量，同時縮短人機界面與PLC的通訊距離，提高通訊可靠性；變頻器和變、配電設備放置與信號設備遠離，盡量減少信號設備與控制柜之間距離，防止強電對信號干擾，提高精度。四電器配電柜說明1 配電系統對各回路均單獨控制，設計有循環風冷、和備用電源，備用按鈕，指示，檢修方便，改造方便；2 現場電源和聯鎖電源以及低壓供電系統均設計有空氣開關，防止電源短路的互相影響；3 五線三相供電，配電柜中性線和地線分開有利于抗干擾和操作人身安全；五現場客觀情況分析所采用的矢量變頻器、15減速比電機和電磁抱閘來阻止定位完成后材料的慣性以及后面送料機對材料的沖力，是可以滿足精度要求的。影響精度的因素很多，有編碼器的干擾，電機與

8、連軸器間的箭隙，連軸器的背隙，編碼器與連軸器的間隙，原料與滾輪間的運動時和停止時的打滑等等。理論上的精度是極高的，為了提高精度，除了用高精度編碼器，矢量型變頻器，電磁抱閘外，還必須提高連軸器的背隙，增加原料與滾軸間的摩擦等等。為了使送料機與校頻機的速度想適應，可以在之間挖地坑的方法實現。送料機以16m/s的速度送料。校頻機以2m為一塊板切割。則要求留足2m的余量。若挖3米長，2米深的地坑，剛好可以滿足2米的余量滿足速度匹配。但實際鋼板是不可能拉到水平的，也不能接觸到地坑底部。并且地坑底部還得裝一對光電開關。那幺挖一個4米長，3米深的地坑可以滿足要求。四、 需要重要元器件所選用的重要元器件有：序

9、號名稱型號數量產地品牌1減速電機CV3700-15S1臺臺灣城邦2變頻器VFD055B43A1臺臺灣臺達3剎車電阻BR500W1001個臺灣臺達4PLC14ES00R1臺臺灣臺達5編碼器ES3-05CG69411個臺灣臺達6文本顯示器TP02G1臺臺灣臺達7開關電源S-100-241個臺灣明緯1 變頻器選擇臺達VFD-B系列，臺達電子集團是全球電力電子第一大公司，該公司的產品具有極高的性能價格比，并且具備優良的產品服務體系，在全國，其變頻器產品享有良好的聲譽，在中小功率段變頻器產品市場占有率第一；2 人機界面選擇臺達TP02G系列，該產品外觀精美，開發使用及維護簡單且高可靠性，目前同類產品中市

10、場占有第一的地位，其強大的編程軟件功能使她能完全適合本系統；3 各類低壓開關、接觸器、按鈕選擇性價比較高的浙江正泰產品；光電開關，電磁抱閘選用國產產品。4 開關電源選擇臺灣明緯S-100-24；5 編碼器選用高精度，高可靠性臺達編碼器產品；五、 達到的效果1. 采用以上主要元器件和方案，做成的系統可以達到的效果：有一個1200mm高、1000mm寬、800mm深左右的柜子。操作臺上有手動/自動選擇開關，急停按鈕，各個電機的啟動、停止按鈕，各個電機運行指示燈，文本顯示器，電磁調速控制旋鈕。用戶按設定的每刀長度和刀數可以選用手動方式：啟動一次校頻機，運行一次鋼板長度定位，啟動一次切板機裁切出一個成品，依此手動方式一次切一個成品。采用自動方式：先手動讓原料送到位，手動切第一刀后