辽源麦达斯(0. 3-2.5)×2300 mm横切机组自动化控制系统

辽源麦达斯(0. 3-2.5)×2300 mm横切机组自动化控制系统
摘要：本文论述了（0.3-2.5）×2300mm 横切机组自动控制系统在轻合金带材生产中的应用。

（0.3-2.5）×2300mm 横切机组是我厂自行研发的产品、采用西门子多传动交流变频设备、西门子可编程控制器和触摸屏，使设备的监视、控制、报警、信息指示组成的一套性能稳定技术较为先进的控制系统。

本文所讲（0.3-2.5）×2300mm 横切机组自动控制系统设计对于同类产品的设计、调试有重要的参考价值。

关键词：横切机组：PLC控制；PROFIBUS-DP总线;多传动交流变频
一、简介
有色金属是国民经济发展的基础材料，航空、航天、汽车、机械制造、电力、通讯、建筑、家电等绝大部分行业都以有色金属材料为生产基础，轻合金材料需求量持续增加，尤其是铝及铝合金薄板材需求旺盛，（0.3-2.5）×2300mm 横切机组就是针对这一市场开发的产品，应用可编程控制器（PLC）实现自动化生产，具有体积小，重量轻，抗干扰能力强，可靠性高等特点。

应用PROFIBUS-DP总线技术，连接调速设备及现场信号，实现离散采集集中控制，同时还降低了电缆的成本使成品精度和产量都能满足用户要求，大幅提高生产效率。

二、设备组成及工艺
2.1设备组成
辽源麦达斯0.3-2.5×2300mm 横切机组用于将铝及铝合金轧制后的卷材切成定尺长度的板材并垛成板垛。

主要机械设备：
料卷存放台、上料小车、套筒存放台、开卷机、CPC 对中装置、开头导板及压辊、五辊直头装置、液压切头剪、废料小车、入口展平辊、圆盘剪、碎边剪、废边输送装置、十九辊矫直机、二十三辊矫直机、覆膜衬纸装置、滚筒飞剪、试样收集装置、皮带运输机、真空垛板机、板垛升降台、出料车等。

2.2工艺
机组运行时，由天车将带卷吊放于料卷存放台上，存放在料卷存放台上的带卷由上卷小车托起运送至开卷机上进行开卷，带卷打开，并与夹送辊建立开卷张力。

带材经过自动对中装置，进入夹送辊及直头辊后进行切头，料头进入废料箱，切头后的带材继续运行进入圆盘剪切边，废边由碎边剪进行碎断。

切边后，带材进入辊式矫直机矫直共两断矫直机19辊矫直机（对0.8-2.5mm 的板带进行精矫）、23辊矫直机（对0.3-1.0mm 的板带进行精矫），然后再进入滚筒飞剪将带材在运动中横切成不同定尺的板片。

剪切后的成品板片经皮带输送装置送至真空垛板系统进行垛板，废品板材进入废料箱统一收集。

成品板垛按双工位设置，垛板过程中自动切换。

机组配有辅助液压系统
辅助气动系统
三、电气组成
3.1供电系统
电源供电频率50HZ ±5％低压AC380V ±10％三相四线制，设有独立的安全接地和屏蔽接地,接地电阻应小于4欧姆。

各安装电气元器件的地点均设接地连接点。

共两路车间电源，一路为交流变频传动电源，经G01进线开关柜送到整流装置柜G02，经整流后通过直流母排送至G03-G06逆变装置传动柜驱动所有变频调速设备，直流母排接有两个制动模块，并联相对于独立运行，每个模块连接一个制动电阻。

另一路为普通交流供电，经G11进线开关柜送至交流母线，交流母线为G12-G16普通交流传动提供动力同时为整个机组提供控制电源，G30为PLC系统CPU控制柜并为现场操作设备提供电源。

3.2传动
交流变频传动调速采用SIEMENS公司的S120系列全数字多传动式交流变频调速系统驱动。

可完成驱动同步/感应电机的复杂任务，动态性能和精度较高，可以以矢量、伺服、V/F模式运行，可以对所有驱动轴完成速度和转矩控制功能，集成PROFIBUS DP接口。

本设计设置一个基本整流装置集中整流通过直流母线为十一个逆变装置
提供直流电源，大功率逆变为装置型，小功率逆变为书本型，主要带材传动设备带有增量型编码器使控制精度更高，整流和逆变装置通过四个控制单元实现装置的控制一个SIMOTION-D控制单元和三个CU320控制单元，并通过PROFIBUS-DP总线连接到自动控制系统，该系列交流变频调速装置为全数字控制方式，辅助传动为普通交流电机，主要为机组上变频电机冷却风机，液压润滑系统油泵电机，机组设备调整电机等不需要调速的传动电机。

3.3自动控制系统
3.3.1系统控制实现
自动化控制系统采用SIEMENS公司S7-300系列可编程控制器为主站，远程控制站采用ET200M为分布式I/O从站,通过一条Profilbus-DP工业现场总线相连接。

同时这条Profilbus-DP工业现场总线与交流变频调速装置进行通讯。

3.3.2控制过程
整个系统基本为顺序控制，现场头部操作台T51主要功能为穿带操作，将料头经开卷机、夹送辊、切头剪、圆盘剪、碎边剪、送至矫直机直至滚筒飞剪,完成穿带操作。

中部操作台T52为整条机组工作时状态控制，主要功能为矫直机操作，飞剪控制，输出皮带控制，及整条线控制方式选择、速度控制。

机组穿带时，在板材头部未进入入口夹送辊前，所有调速设备均以速度方式进行控制。

在板材头部进入入口夹送辊后，夹送辊压下，开卷机投入静张力，开卷机改为张力控制方式，开卷压辊抬起。

除开卷机外，其它所有调速设备均以穿带速度运行。

穿带工作完成后，除开卷机外，其它所有调速设备均以工作速度运行，整个机组速度最大为70m/min，开卷机按工作张力值进行张力控制。

此时矫直机作为机组的速度中心。

3.3.3、系统配置
CPU 315-2DP型号6ES7 315-2AG10-0AB0
CP343-1 通讯模块型号6GK7 343-1EX21-OXEO
ET200M IM153扩展模块6ES7 153-2AA02-0XB0 DI数字量输入模块：本机组数字量输入共620点，主要为普通传动的电气保护信号，现场限位开关信号，现场仪表信号。

DO数字量输出模块：本机组数字量输出共225点，主要为普通传动的驱动信号，装置状态控制信号，现场液压气动电磁阀驱动信号。

AI模拟量输入模块：本机组模拟量输入信号共19路均为4-20MA 信号，采集现场过程数据，位移采集。

机组采集模块通道预留10%余量以便后期扩展和维护。

四、结语
高性能PLC控制系统及多传动变频控制系统配合使用，使整条铝合金带材横切生产线的自动化生产水平得到极大提高，大大增加了成品产量和成品合格率，同时在精度控制上也有显著进步，防止了断带现象的频繁发生，而且纠偏的功能又使得整个机组运行流畅，具有很强的应用及推广价值。

[参考资料]
S7-300 可编程序控制器
SIMATIC S7-300系统手册。