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    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(jìn)入到冷軋，則：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(jìn)入冷卻潤滑的乳化液系統(tǒng)，損壞設(shè)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(jī)械法和化學(xué)法相結(jié)合的方法。所謂機(jī)械法是采用除鱗機(jī)進(jìn)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(xué)法是使氧化鐵皮和酸發(fā)生反應(yīng)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(yīng)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(jī)提供合格的坯料，以保證冷軋機(jī)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。考慮到臺達(dá)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(shè)備上，選用了臺達(dá)的產(chǎn)品。

    此條生產(chǎn)線設(shè)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(xué)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(xué)處理段）：工藝段由預(yù)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 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(jī)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(shè)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(dá)到0.01Hz；高達(dá)1M的通訊速率，保證多個傳動點之間頻率命令的同步到達(dá)，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(jìn)行實時對比監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)不同步（輸出電流異常）時，能夠快速進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時，能夠盡快報警通知，避免出現(xiàn)機(jī)械上的損傷。同時變頻器使用閉環(huán)控制，保證控制電機(jī)的速度精度能夠達(dá)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(jī)卷徑進(jìn)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(jī)出力一致，避免出現(xiàn)某臺電機(jī)電流偏大或者某臺電機(jī)電流偏小的現(xiàn)象。

   3 臺達(dá)C2000變頻器的特點

    V/F控制、無感測向量控制、FOC＋PG、轉(zhuǎn)矩控制；同步電機(jī)和異步電機(jī)驅(qū)動一體化；全系列導(dǎo)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(shè)計于重要零件壽命偵測；獨立風(fēng)道的設(shè)計，PCB防護(hù)加強(qiáng)環(huán)境的適應(yīng)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(kuò)展槽：I/O、通訊口、PG卡；多種總線控制方式；標(biāo)配RS485,接口方式 RJ45、SG端子；共直流母線；電機(jī)熱保護(hù)；模塊化設(shè)計，可拆卸的風(fēng)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(dá)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(luò)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(jìn)行工作，實驗證明，效果非常好。

    考慮到在整條生產(chǎn)線的運(yùn)行過程中，某些傳動點會一直處于發(fā)電運(yùn)行的狀態(tài)，例如放卷機(jī)構(gòu)；某些傳動點會在電動和發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)下不停的切換，例如糾偏機(jī)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(bǔ)，既節(jié)約了選配剎車電阻和剎車單元的費(fèi)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(yùn)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(jī)）之間的距離是比較遠(yuǎn)的，最遠(yuǎn)的電機(jī)（收卷電機(jī)與收卷變頻器）估計達(dá)到了150m。考慮到電控室內(nèi)部變頻器較多，變頻器與電機(jī)之間距離較遠(yuǎn)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

    8 溫控器

    在此生產(chǎn)線的使用過程，還有一個關(guān)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(dá)DTB型溫控器。臺達(dá)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(dá)到系統(tǒng)快速反應(yīng)到達(dá)設(shè)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(dá)DTB型溫控器

    9 人機(jī)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(jī)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(yùn)行到55m/min，高于設(shè)計時50m/min的線速度。經(jīng)過幾個月的運(yùn)行生產(chǎn)，系統(tǒng)穩(wěn)定，操作方便，達(dá)到客戶生產(chǎn)要求。