镀锌线窄搭接焊机及其控制_孙鹏
镀锌线窄搭接焊机及其控制
孙 鹏1,马 宁1,卢国良2
(1.河北钢铁集团有限公司邯钢公司邯宝冷轧厂,河北邯郸056002;2.冶金自动化研究设计院)
摘要:冷轧厂热镀锌生产对于生产连续性要求较高。为了保障连续生产,某钢铁公司冷轧厂引进了V A I生产的全自动窄搭接电阻焊机,型号为M L21。该设备的特点是自动化程度高、焊接质量高、焊接时间短、维护保养简单。自2005年投产以来的生产实践证明,此焊机完全能满足冷轧厂镀锌生产线的生产要求。
关键词:冷轧;窄搭接焊机;镀锌
0 电阻搭接焊机的焊接原理
窄搭接电阻焊机的焊接原理是将两块材料(带钢)搭接,通以适当的电流,在材料自身的电阻、材料间及材料与电极间接触部分的集中电阻上产生热量,最终熔化而焊接起来。根据焦耳定律,焊接接头产生的热量用公式(1)表示如下: Q=I2R T=U I T(1)式中,Q为热量;I为电流;R为焊接区电阻;U为电极间电压;T为通电时间。
从式(1)中看出,发热量与焊接电流、通电时间及自身电阻有关。当对某种材质、规格的带钢进行焊接时,通过控制电流、通电时间(T=L/V,当焊接断面长度L一定时,通过改变焊接速度V来控制通电时间)及焊轮焊接压力,就可以将带头、带尾很好地焊接在一起。
1 焊机相关参数
焊机相关参数如表1所示。
表1 焊机参数表
参数名参数值
焊机类型窄搭接型,直流6脉冲焊接
最大焊接能力宽度1650m m,厚度2m m
带钢运行方向操作侧观察自右向左运行
焊机小车速度3～20m/m i n
焊接力(可调整)8×106P a下最大25k N
碾压力(可调整)8×106P a下最大63k N
搭接量调整范围操作侧0～6m m,驱动侧0～6m m 夹紧压力最大75k N
焊轮材质三级铜合金,直径305m m,厚度16m m
碾压轮直径120m m,厚度20m m
剪刃长度193m m
可焊接钢种C Q,D Q,D D Q,H S S,H S L A 2 焊接工艺及设备功能
2.1 设备功能说明
焊机机械部分布置如图1所示,主要由入口部分、中间部分、出口部分3个主要功能区块组成。其中入口部分主要由入口活套、1号对中设备、2号对中设备等设备组成,中间部分主要由入口夹紧台、焊机小车、出口夹紧台组成;出口部分主要由3号对中设备、月牙剪、4号对中设备、出口活套等设备组成
。
图1 ML12窄搭接电阻焊机机械布置
(1)入口活套:通过入口活套使带钢在焊机入口侧形成小活套,保证带钢能自由对中及头尾搭接。活套辊的作用是降低板带张力,使板带容易被移动以便于对中。
(2)1、2号对中设备:安装于焊机入口侧,完成带头对中。
(3)入口夹紧台、出口夹紧台:主要作用是实现带钢头尾剪切及搭接。
(4)焊机小车:完成焊接工作。
(5)3、4号对中设备:安装于焊机出口侧,完成带尾对中。
收稿日期:2010-01-15;修改稿收到日期:2010-01-16
作者简介:孙 鹏(1981-),男,河北邯郸人,助理工程师,主要从事冷轧自动化控制方面的工作。
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(6)出口活套:通过入口活套使带钢在焊机出
口侧形成小活套,保证带钢能自由对中及头尾搭接。
(7)月牙剪:切掉较宽板带边部尖角,保护线上其他设备。2.2 焊接工艺概述
焊接过程主要分为4步:出口夹紧台带尾处理※入口夹紧台带头处理※焊接※焊机准备。在焊接不好的情况下可以选择进行重焊。焊接参数主要有:焊接电流设定值、焊接速度、焊头压力、碾压轮压力、操作侧搭接量、驱动侧搭接量。
3 焊机电气及控制系统
焊机系统作为冷轧薄板连续生产线的关键部分,负责完成将板带头和尾进行焊接的工艺,以便保证整条工艺生产线的连续生产。要完成如此复
杂的工艺流程,其电控系统是非常重要的。M L 焊机随机提供有V A I C L E C I M 标准的西门子S 7-400可编程逻辑控制器。除月牙剪是由生产线直接控制外,焊机的入口及出口部分均由该系统控制。生产数据和联锁信号也是通过此P L C 进行分发。为实现与生产线的交互,焊机P L C 通过一个M o d -b u s 从属连接与生产线P L C 连接。生产线P L C 作为主机,焊机P L C 是其从属设备,接收P D I 并生成焊接报告,如图2所示。
焊机可实现三种操作模式:维护模式、半自动模式、自动模式
。
图2 焊机控制系统
3.1 电气设备组成及功能描述
焊机的电气设备由以下3个主要部分组成:可编程逻辑计算机(P L C )、焊机交互界面计算机(W I C )、电源单元。其中可编程逻辑计算机(P L C )是控制焊机的核心,型号为西门子S 7-400。通过它可实现:焊接步骤控制(I /O 控制)、焊轮压力控制管理、碾压轮压力控制、操作侧搭接量位置控制管理、驱动侧搭接量位置控制管理、小车变频系统管理、焊接部分管理、操作面板管理、错误管理。安装在远程操作台的焊机交互界面计算机(W I C )用
于:焊接参数的自动选择、焊接质量控制(温度记录)、修改板带参数、焊接报告、I /O 详情显示、报警显示。操作系统为W i n C C 。电源单元系S c h l a t -t e r (瑞士)制造,整体安装于焊机小车。3.2 控制系统3.2.1 系统硬件结构
焊机的S 7电控系统由1块P S 407电源模板、1块C P U 414-2中央处理器模板、2块功能模板D I 32x D C 和D O 32x D C 、通信处理器模板M P I /D P 、以及C P 433-5E x t 接口模板组成。
P S 407电源模板是用于对S i m a t i c -400的供电,转换120/230V A C 或24V D C 主电源为所需的5V D C 和24V D C 工作电压,输出电流20A 。
C P U 414-2是一款32位处理器,具有256K B 内存,其中128K B 用于代码存储,128K B 用于数据存储,8K B 数字I /O 存储。处理能力达到每1000条语句0.1m s ,具备直接数据交换及多重计算能力。固件版本V 3.0。它的智能诊断系统连续地监视系统功能并记录错误和系统的特殊事件,且将所有事件均标记上时间并储存在环型存储器中,以便进一步查找故障。
功能模板D I 32x D C 和D O 32x D C 即数字量输入/输出模板,具有32位输入、输出能力,工作电压24V 。负责进行信号的逻辑控制,将二进制过程信号连接到S 7-400。通过这两个模板,将数字传感器和执行器连接到S i m a t i c S 7-400,完成焊机所需的逻辑控制。
接口模板C P 433-5E x t 具有S i m a t i c S 7-400系统的全部优点,设计紧凑、安装简单。它同样具有直接数据交换能力。固件版本V 4.0。C P 433-5E x t 安装在S 7-400的机架上,并经过背板总线与
邻近的S 7-400模板相连接,不存在槽位规则。既不需要风扇,也不需要后备电池。它用于将焊机的S i m a t i c S 7-400作为主站连接到P r o f i b u s -D P 总线上,完全自动地进行数据传输处理,波特率可达到9.6K ～12M b /s 。
两块通信处理器模板M P I /D P 负责将焊机的S i m a t i c S 7-400连接到工业以太网总线系统。这
样,焊机可与镀锌线进行数据和信号交换。焊机通过接收工业以太网总线带钢厚度、质量及联锁信号,完成自动焊接。
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3.2.2 网络系统
要保证焊机与镀锌线的数据交换以及焊机各检测元器件同P L C之间的迅速稳定的数据通信和各类模拟数字I/O信号在伺服机构与P L C之间的准确传递,迅捷稳定的网络技术是电控系统必须具备的一项关键技术。焊机通过其C P U414-2自身的D P接口与控制焊机夹台的位置控制器的P I C接口模板I P060之间建立起P r o f i b u s-D P总线系统。S7-400的接口模板C P433-5E x t建立以焊机S7-400为主站的第2条P r o f i b u s-D P总线系统,
负责对现场所有的数据交换。焊机的所有从属设备均通过其接口模板C P433-5E x t与焊机的P r o f i-b u s-D P现场总线连接,成为一个从站子单元。
C P433-5E x t负责针对生产线P I C和位置控制器的通信板处理器M P I/
D P之间建立起2条
E t h e r n e t 网络,完成大量的实时数据交换。但考虑网络的传输速率、通信的距离、可连接的网络节点数目和数据传输的可靠性,必须根据通信要求,合理地选择通信介质。工业屏蔽双绞线具有抗电磁干扰能力强、重量轻、体积小、韧性好、安全保密性高、传输衰减极小等优点,因而成为我们的理想选择。上述所有网络均为工业屏蔽双绞线所连接,完成实时通信任务。
3.2.3 软件控制功能
焊机顺序控制:焊机顺序控制是由不同的顺序块(S B)、程序块(P B)完成,并由组织块O B进行调用的。当一卷带钢运行完毕后,启动焊机自动顺序控制。如果焊机准备就绪,没有其他故障,
带尾定位开始,且带尾定位于出口夹紧装置前,并进行对中,使带尾处于镀锌线的中线上。对中完成后进行剪切并冲孔(用于焊缝跟踪)。下一卷带头定位开始,定位于入口夹紧装置后,同样,带头也要进行对中。同时对带钢头多余的部分进行剪切。带钢头尾进行搭接、焊接,并由碾压轮对焊缝进行碾压。结束后,释放带钢,焊机各部件返回初始位置,等待下一个焊接周期。
焊接电流的控制:采用搭接电阻焊的焊机,其焊接电流的控制尤为重要。M L12型焊机焊接电流系统主要由可控硅控制器、焊接变压器/整流器2部分组成。另外还设计有焊流监视、温度监视、电压监视等监视元件。焊接主回路为3个380V 交流供电,为调节焊接电流,在焊机P L C中有专门控制焊接电流的程序块。焊接时,根据不同规格的带钢,调用焊接参数数据块(该数据块把不同的钢编成不同的序号,每个序号包含有焊接速度、焊接电流、碾压力等数据),通过模拟输出板,输出0～10V直流电压值至可控硅控制器。操作工也可通过显示系统对焊接电流、焊接速度、碾压力等值进行设定。焊接电流最大值为40k A。另外,为保证焊机上下两个焊轮工作时的工作区域在带钢上,该系统配有一块I P242计数板、一个安装在驱动C型焊接机架的电机同轴丝框上的检测装置,以及带钢边缘检测装置。当焊接时,检测装置检测到带钢边缘,记数开始,实际采集的脉冲数与焊接参数数据块中的设定脉冲数进行比较,用来控制焊接电流的通断。焊接变压器容量为400k V A,二次侧输出约5V的低电压,输出经二极管整流(含电容滤波),以直流的形式输出至焊轮。上下两个焊轮与被焊带钢构成回路,实现直流电流焊接。
4 结束语
V A I C L E C I M窄搭接电阻焊机在邯钢冷轧厂热镀锌机组得到成功的应用,对于镀锌线机组短期达产、快速超产起到了决定性作用。焊接成功率达到99.5%。随着对设备的逐步熟悉以及设备维护的加强,基本已达到无故障运行。与国内同类型焊机比较,M L12型焊机具有以下优点:
(1)控制系统配置简单、合理、可靠性高;
(2)带钢实现自动搭接与焊接,设备自动化程度高,故障、报警信息简单明了,从而使设备操作和维护简单、降低了工人的劳动强度;
(3)焊接工艺上,采用边焊接边挤压,随即进行焊缝光整,避免了先压后焊带来的带钢硬伤,对减小焊缝超厚和提高焊缝质量有利;
(4)搭接量0～6m m连续可调,采用直流电流焊接,保证焊缝质量,使机组因镀锌焊缝原因造成的断带率几乎为零,提高了C G L作业率和成材率。
M L12系列焊机控制精度高,此焊机由2005年8月投入正式使用至今,所出故障多为对设备的维修、维护周期把握不准所致。因此,对于控制精度要求较高、控制点较多的部分,定期标定、校验其各种控制参数是相当有必要的。相关人员必须加强对关键部件的维护与保养,保证焊机设备始终处于良好状态,以适应镀锌优质高产的需要。
[编辑:牛 巍]
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