熱軋板卷系在終軋溫度800~900℃高溫下經(jīng)受熱軋,因此,在帶鋼表面生成大量氧化鐵皮。如果不經(jīng)過清洗而直接進入到冷軋,軋制時會將氧化鐵皮壓入帶鋼基體,影響冷軋板表面質(zhì)量及加工性能;氧化鐵皮破碎后進入冷卻潤滑的乳化液系統(tǒng),損壞設備并縮短乳化液使用壽命;損壞軋輥。
為除去這種氧化鐵皮,通常采用機械法和化學法相結(jié)合的方法。所謂機械法是采用除鱗機進行彎曲加工使氧化鐵皮中發(fā)生龜裂,容易和酸接觸而除掉氧化鐵皮的方法。所謂化學法是使氧化鐵皮和酸發(fā)生反應而除去氧化鐵皮(FeO、Fe3O4、Fe2O3)的方法。所使用的酸通常是硫酸或鹽酸。鹽酸和硫酸相比較,具有與氧化鐵皮反應快、生成的鐵鹽在鹽酸中溶解度大等優(yōu)點,因此,可加快酸洗線的速度,提高了生產(chǎn)效率。
酸洗是冷軋帶鋼生產(chǎn)工藝中非常重要的工藝,除了清除帶鋼表面的氧化鐵以外,還具備調(diào)節(jié)卷重,剪去裂邊的作用,為軋機提供合格的坯料,以保證冷軋機能順利的生產(chǎn)出合格的帶鋼產(chǎn)品。常用酸洗線分推拉式酸洗線和連續(xù)式酸洗線兩種。

酸洗前后
山東某地是廚具之鄉(xiāng),使用了大量的彩鋼板。而經(jīng)過熱熱軋后的鋼帶,需要經(jīng)過酸洗,冷軋,鍍鋅,噴涂,最終才能成為彩鋼板使用。某生產(chǎn)廠一直具備冷軋,鍍鋅,噴涂的生產(chǎn)能力,而酸洗的工藝一般都是在其他廠家完成的。為了完善整個生產(chǎn)工藝,此次也決定增加一條酸洗線?紤]到臺達產(chǎn)品較高的性價比以及及時高效的技術(shù)支援,于是在此條酸洗線設備上,選用了臺達的產(chǎn)品。
此條生產(chǎn)線設計最高線速度為50m/min,加工鋼帶的規(guī)格是:3mm×1010mm,重量為17噸。
1.工藝介紹
圖1 酸洗線
酸洗線由入口段、工藝段(化學處理段)、出口段三部分組成。
入口段:入口段的主要作用是將帶鋼開卷、穿帶輸送到工藝段、出口段。上圖中放卷,矯直部分都屬于入口段的傳動部分;
工藝段(化學處理段):工藝段由預清洗段、酸洗段及漂洗段組成。上圖中擠干部分屬于工藝段的傳動部分。
出口段:上圖中夾送,糾偏,切邊,廢邊卷曲,張力棍,收卷部分都屬于出口段的傳動部分。
2.控制系統(tǒng)分析
本生產(chǎn)線主控系統(tǒng)是西門子S7-300,主要完成酸洗線各工藝功能的控制。
此條生產(chǎn)線的電氣傳動部分由多個單元組成,各單元之間必須保證速度同步,另外,在卷曲部分必須保證帶材有合適的張力,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
酸洗線的電機一般有兩種控制方式,速度控制方式和轉(zhuǎn)矩控制方式。為了保證速度的同步性和有效張力,此條生產(chǎn)線中放卷部分,擠干部分, 廢邊卷曲部分以及收卷部分,我們采用了轉(zhuǎn)矩控制方式;而矯直部分,夾送部分,糾偏部分,切邊部分,張力棍部分,我們采用了速度控制方式。
為了保證速度控制方式下的同步性,本設備是通過高速總線Profi-bus通訊來實現(xiàn)。Profi-bus總線通訊的方式是采用數(shù)字量來完成與變頻器之間的溝通,頻率命令的精度可達到0.01Hz;高達1M的通訊速率,保證多個傳動點之間頻率命令的同步到達,同時也能夠?qū)ψ冾l器的工作狀態(tài),例如輸出頻率,輸出電流等進行實時對比監(jiān)控,當出現(xiàn)不同步(輸出電流異常)時,能夠快速進行調(diào)整,當出現(xiàn)電機堵轉(zhuǎn)時,能夠盡快報警通知,避免出現(xiàn)機械上的損傷。同時變頻器使用閉環(huán)控制,保證控制電機的速度精度能夠達到0.1%,更利于快速調(diào)整和微調(diào)。
在轉(zhuǎn)矩控制方式下,對于收卷和放卷部分,需要通過PLC對電機卷徑進行實時計算,保證張力的恒定和穩(wěn)定;對于擠干部分,則透過對轉(zhuǎn)矩控制方式下的速度限制,始終保證多臺擠干電機出力一致,避免出現(xiàn)某臺電機電流偏大或者某臺電機電流偏小的現(xiàn)象。
3.臺達C2000變頻器的特點65
V/F控制、無感測向量控制、FOC+PG、轉(zhuǎn)矩控制;同步電機和異步電機驅(qū)動一體化;全系列導入LCD面板,選配LED;內(nèi)建高速總線接口如CANopen及MODBUS;內(nèi)建各種行業(yè)功能;長壽命設計于重要零件壽命偵測;獨立風道的設計,PCB防護加強環(huán)境的適應性;全球安規(guī)兼容性CE、UL、cUL;30kW以下內(nèi)置剎車單元;速度控制、位置控制、轉(zhuǎn)矩控制;具備三個擴展槽:I/O、通訊口、PG卡;多種總線控制方式;標配RS485,接口方式 RJ45、SG端子;共直流母線;電機熱保護;模塊化設計,可拆卸的風扇、控制端子。
4.C2000的速度控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式

圖2 FOCPG模式(速度閉環(huán)矢量模式)控制框圖

圖3 TQCPG模式(閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制模式)控制框圖
5.電氣系統(tǒng)框圖

圖4 電氣系統(tǒng)框圖
該系統(tǒng)采用西門子的PLC作為總控,要做到PLC與眾多變頻器及時快速的信息交換,我們采用了Profibus總線的方式。臺達變頻器通過選配CMC-PD01高速通訊卡的方式,能夠兼容到Profibus總線網(wǎng)絡中。采用了PD總線的控制方式,接線上非常方便(現(xiàn)場變頻器端子上沒有任何控制線,只有一根通訊線),排除故障也變得更加容易。在實際使用中,我們考慮到通訊的及時性以及穩(wěn)定性(抗干擾性),選用了1M的通訊速率來進行工作,實驗證明,效果非常好。
考慮到在整條生產(chǎn)線的運行過程中,某些傳動點會一直處于發(fā)電運行的狀態(tài),例如放卷機構(gòu);某些傳動點會在電動和發(fā)電運行狀態(tài)下不停的切換,例如糾偏機構(gòu),于是我們采用了共直流母線的方式,從而保證多臺變頻器之間能量的互補,既節(jié)約了選配剎車電阻和剎車單元的費用,也使得消耗到電阻上的多余能量能夠提供給其他變頻器使用,從而更加節(jié)能環(huán)保。實驗證明,在穿帶的模式下一般傳動點都是處于電動狀態(tài),而在正常聯(lián)動運行中,矯直輥,張力棍和夾送棍始終處于發(fā)電狀態(tài)。采用了共直流母線方式以后,安裝在母線上的制動單元和制動電阻基本上沒有工作,母線電壓也非常穩(wěn)定,這也就是說明發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的能量被其他電動環(huán)節(jié)的變頻器使用掉了,沒有多余的能量被白白消耗掉。
6.現(xiàn)場布置圖

圖5 現(xiàn)場布置圖
從上面的現(xiàn)場布置圖,我們可以了解到,電控部分(變頻器、PLC)和控制部分(電機)之間的距離是比較遠的,最遠的電機(收卷電機與收卷變頻器)估計達到了150m?紤]到電控室內(nèi)部變頻器較多,變頻器與電機之間距離較遠的現(xiàn)狀,我們在每臺變頻器的輸入端和輸出端,都配置了三相交流電抗器,從而保證變頻器之間不互相干擾,變頻器不干擾到PLC,變頻器輸出端的波形不發(fā)生明顯畸變。
7.參數(shù)表
表1 收卷變頻器參數(shù)表



表2 矯直變頻器參數(shù)表


8.溫控器
在此生產(chǎn)線的使用過程,還有一個關鍵的工藝:就是需要對酸洗液溫度的控制。我們?yōu)榭蛻暨x定了臺達DTB型溫控器。臺達DTB溫控器具備四種控制輸出模式:繼電器輸出,電壓脈沖輸出(直流14V),電流輸出以及模擬量電壓輸出;并采用雙回路輸出控制,可于控溫系統(tǒng)中加熱和冷卻控制,達到系統(tǒng)快速反應到達設定溫度之要求;內(nèi)建485通訊模組,支持ASCII和RTU兩種通訊協(xié)議。

圖6 臺達DTB型溫控器
9.人機顯示界面
由于此生產(chǎn)線比較長,所以在首尾各有一個操作臺,每個操作臺上各安裝一個觸摸屏。在觸摸屏上,我們可以很清楚的查看每臺變頻器的工作狀態(tài),以及修改每臺變頻器的同步速度,使操作者感覺到非常的方便實用。

圖7 人機界面顯示圖
10.現(xiàn)場故障與處理
在酸洗線前期調(diào)試過程中,經(jīng)常會遇到變頻器出現(xiàn)PGF*或者OC的報警。從C2000手冊故障處理部分查看,我們就很快能夠分析查找問題點。

圖8 C2000手冊故障處理部分
11.結(jié)束語
經(jīng)過測試,此生產(chǎn)線最高線速度能夠運行到55m/min,高于設計時50m/min的線速度。經(jīng)過幾個月的運行生產(chǎn),系統(tǒng)穩(wěn)定,操作方便,達到客戶生產(chǎn)要求。
作者簡介:王浩,男,1978年11月出生,2000年畢業(yè)于武漢科技大學自動化專業(yè),工程師職稱,目前任職于中達電通股份有限公司變頻器產(chǎn)品開發(fā)處,負責變頻器產(chǎn)品的售前/售后技術(shù)工作,以及變頻器新產(chǎn)品的推廣與培訓。

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