浅谈PLC及直流数字式调速技术在钢卷板开平加工中的应用

【摘 要】根据钢卷板开平的要求，采用plc与SSD590+直流数字式调速器（以下简称590+）对卷板开平设备进行控制，并且在控制系统中采用了软硬件双重滤波技术和数字PID在线控制功能。阐述了系统的硬件组成、软件设计、工作原理、参数整定等。经五年生产运行表明系统的稳定性和安全性很好。

【关键词】卷板开平 自动化 SSD590+直流数字式调速器 Z4型直流电动机 PLC 输出模块 触摸屏

直流数字式调速技术是一种新型、成熟的直流电机无极调速技术，它优良的控制性能被广泛应用在速度控制领域，特别是卷板开平、定尺加工的生产中。由于制造业对钢板的开平质量要求越来越高，加之开平加工企业自身需要进一步降低成本，因此高性能的直流电机调速技术得到了更加广泛深入的应用。

本公司开平生产线，自动化程度高、操作方便、运行可靠、节约电能，其功能如下：（1）控制系统可手动/自动运行；（2）操作工通过触摸屏输入需要开平板材的长度及张数，设备自动完成一个批量的生产；为了把各种尺码的误差降到最低，在输入实际剪板长度时，根据经验再输入一个‘减偏移量’，再根据钢板的实际长度调整‘减偏移量’，这样把产品长度的误差降到最低。例如：十三米长的钢板长度及两对角线误差不大于2mm；（3）在线调整PID参数；（4）对设备有多种保护功能，随时监测报警并有信号显示。

一、系统硬件组成

（一）控制电路。590+控制算法都由单片机完成，处理速度可以保证所有控制回路的调节作用在主电路六个可控硅桥的转换时间内完成，速度环算法也可在此时间内完成，以获得优越的性能。

电流环具有适应功能，即使负载变化较大也能获得平稳的速度响应。

（二）功能块及编辑。通过功能块的自由、灵活连接可实现各种功能，能满足工业应用复杂、先进的控制要求。标准功能块有PID控制、上升率和下降率控制等一百多个。

功能模块的连接是通过图形化的组态软件完成的，直观、快捷。590+出厂时有一套标准的组态，可以实现基本的速度控制。只需调整少数几个功能块就能完成更复杂的控制要求。

（三）通讯功能。590+具有两个通讯接口，用于计算机编程或作为控制器之间工作用。

（四）人机界面。590+设有MM1操作站，使操作者在各种条件下都可以设置参数、监视和诊断装置的故障，所有信息均可显示在液晶显示器上。

（五）保护功能。590+保护功能有瞬时过流保护；反时限过流；磁场失效；可控硅超温；电动机过热；堵转保护；可控硅桥触发失败等。

二、系统软件的设计

系统软件是指用梯形图语言编制的对整条卷板开平生产线进行控制的程序。它对生产线的控制，主要解决系统的手动及自动切换；在自动高速、自动慢速和手动慢速三种运行模式下；分别按设定速度输出指令给590+，590+控制矫板机电动机转速，使矫板速度按设定值运行，根据加工机械的强度和所开平卷板的材质及厚度，确定运行速度并且随时可以进行调整；某些工序之间需间隔一定时间，例如矫板机停止运行后，需一秒的剪板准备时间，待平板绝对静止后再进行剪切，防止事故发生。

（一）PLC系统概述。PLC是可编程逻辑控制器。它的存储器具有可编程的功能，用于处理系统内部的逻辑运算、定时、算数运算、顺序控制等操作的指令，并且通过数字的、模拟的各种输入和输出，控制卷板开平生产线各个生产过程。

硬件设计是PLC控制系统中至关重要的环节，它关系着系统运行的安全性、可靠性。包括输入和输出两方面。该系统PLC的供电电源为AC85-240V，适应电源的范围很宽，但为了抗干扰本系统在电源回路中加装了电抗器以净化电源减少干扰。该系统中PLC控制系统的输出电路中，有继电器和模拟量模块输出。用于给590+及停车继电器提供信号，控制电动机在不同操作模式下的运行和停止。

（二）PLC控制系统的软件设计。按卷板开平的加工过程，编写成PLC控制系统的流程图，然后转化为梯形图，这是该系统软件设计中最重要的环节。

设置矫板机的最佳运行速度，它关系到机械的加工能力和钢板的材质及厚度等多方面因素。兼顾生产效率和该机械的加工能力，把自动高速设置为18.000米/分，几年的生产实践证明效果很好。生产中为了减小停机时的惯性，减小平板长度的误差，当高速运行至欠300mm到达设定长度时，PLC模拟输出模块改变控制信号，590+改变直流电机的励磁电流，电动机改为自动慢速运行。自动慢速设置为2.000米/分，停机时基本上没有惯性影响。实践证明，六米长的平板长度误差不大于一毫米。另外，手动运行时都是处理板头、板尾和一些疑难问题，手动速度设定为5.000米/分，实践证明操作比较得心应手。

矫板机的最佳运行速度受多方面因素制约，生产中可以根据钢板的材质及厚度等情况在线调整。

矫板机停机时，PLC通过继电器输出停机信号给停机交流接触器，接触器一方面切断加在590+的1A1和1A4端子上的运行速度模拟信号，另一方面将1A1和1A4短路，使之等电位，确保矫板机电动机静止，经一秒的剪板准备时间，待平板绝对静止后再进行剪切。

三、系统参数的确定

系统变速运行及多种功能控制主要由SSD590+直流数字式调速器完成。590+内置一百多个功能块，并且有一套标准的组态，可以实现基本的速度控制。只需调整少数几个功能块590+就可以工作。要让设备运行在最佳状态，还要对完整的参数进行设定。在生产实践中发现精矫机与初矫机不同步，有拉拽或存板情况；停矫剪切时，钢板不静止，向后倒退十公分的情况；运行中设备抖动情况等等，就需要对PID、上升率和下降率及类比输入等功能参数进行设定。

该系统是按照工业生产需求设计的，实现了钢卷板开平的一系列功能，系统稳定、安全可靠，在长时间运行中取得了优良的效果。该系统只需做相应的修改就可推广到相关钢材改制的生产线系统中。

参考文献：

[1]欧陆传动系统有限公司‘590+系列直流数字式调速器’产品手册HA466461U002，第一版2001年版权。