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(guò)清洗而直接進(jìn)入到冷軋，則：軋制時(shí)會(huì )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，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(xué)法相結合的方法。所謂機械法是采用除鱗機進(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(diǎn)，因此，可加快酸洗線(xiàn)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，還具備調節卷重，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(xiàn)分推拉式酸洗線(xiàn)和連續式酸洗線(xiàn)兩種。

酸洗前后

    山東某地是廚具之鄉，使用了大量的彩鋼板。而經(jīng)過(guò)熱熱軋后的鋼帶，需要經(jīng)過(guò)酸洗，冷軋，鍍鋅，噴涂，最終才能成為彩鋼板使用。某生產(chǎn)廠(chǎng)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(chǎng)家完成的。為了完善整個(gè)生產(chǎn)工藝，此次也決定增加一條酸洗線(xiàn)?？紤]到臺達產(chǎn)品較高的性?xún)r(jià)比以及及時(shí)高效的技術(shù)支援，于是在此條酸洗線(xiàn)設備上，選用了臺達的產(chǎn)品。

    此條生產(chǎn)線(xiàn)設計最高線(xiàn)速度為50m/min，加工鋼帶的規格是：3mm×1010mm，重量為17噸。

    1 工藝介紹

圖1 酸洗線(xiàn)

    酸洗線(xiàn)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(kāi)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(dòng)部分；

    工藝段（化學(xué)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(dòng)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(dòng)部分。

    2 2 控制系統分析

    本生產(chǎn)線(xiàn)主控系統是西門(mén)子S7-300，主要完成酸洗線(xiàn)各工藝功能的控制。

    此條生產(chǎn)線(xiàn)的電氣傳動(dòng)部分由多個(gè)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(xiàn)的電機一般有兩種控制方式，速度控制方式和轉矩控制方式。為了保證速度的同步性和有效張力，此條生產(chǎn)線(xiàn)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(guò)高速總線(xiàn)Profi-bus通訊來(lái)實(shí)現。Profi-bus總線(xiàn)通訊的方式是采用數字量來(lái)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(gè)傳動(dòng)點(diǎn)之間頻率命令的同步到達，同時(shí)也能夠對變頻器的工作狀態(tài)，例如輸出頻率，輸出電流等進(jìn)行實(shí)時(shí)對比監控，當出現不同步（輸出電流異常）時(shí)，能夠快速進(jìn)行調整，當出現電機堵轉時(shí)，能夠盡快報警通知，避免出現機械上的損傷。同時(shí)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%，更利于快速調整和微調。

    在轉矩控制方式下，對于收卷和放卷部分，需要通過(guò)PLC對電機卷徑進(jìn)行實(shí)時(shí)計算，保證張力的恒定和穩定；對于擠干部分，則透過(guò)對轉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，避免出現某臺電機電流偏大或者某臺電機電流偏小的現象。

   3 臺達C2000變頻器的特點(diǎn)

    V/F控制、無(wú)感測向量控制、FOC＋PG、轉矩控制；同步電機和異步電機驅動(dòng)一體化；全系列導入LCD面板，選配LED；內建高速總線(xiàn)接口如CANopen及MODBUS；內建各種行業(yè)功能；長(cháng)壽命設計于重要零件壽命偵測；獨立風(fēng)道的設計，PCB防護加強環(huán)境的適應性；全球安規兼容性CE、UL、cUL；30kW以下內置剎車(chē)單元；速度控制、位置控制、轉矩控制；具備三個(gè)擴展槽：I/O、通訊口、PG卡；多種總線(xiàn)控制方式；標配RS485,接口方式 RJ45、SG端子；共直流母線(xiàn)；電機熱保護；模塊化設計，可拆卸的風(fēng)扇、控制端子。 

    4 C2000的速度控制模式和轉矩控制模式

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)轉矩控制模式）控制框圖

    5 電氣系統框圖

圖4 電氣系統框圖

    該系統采用西門(mén)子的PLC作為總控，要做到PLC與眾多變頻器及時(shí)快速的信息交換，我們采用了Profibus總線(xiàn)的方式。臺達變頻器通過(guò)選配CMC-PD01高速通訊卡的方式，能夠兼容到Profibus總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中。采用了PD總線(xiàn)的控制方式，接線(xiàn)上非常方便（現場(chǎng)變頻器端子上沒(méi)有任何控制線(xiàn)，只有一根通訊線(xiàn)），排除故障也變得更加容易。在實(shí)際使用中，我們考慮到通訊的及時(shí)性以及穩定性（抗干擾性），選用了1M的通訊速率來(lái)進(jìn)行工作，實(shí)驗證明，效果非常好。

    考慮到在整條生產(chǎn)線(xiàn)的運行過(guò)程中，某些傳動(dòng)點(diǎn)會(huì )一直處于發(fā)電運行的狀態(tài)，例如放卷機構；某些傳動(dòng)點(diǎn)會(huì )在電動(dòng)和發(fā)電運行狀態(tài)下不停的切換，例如糾偏機構，于是我們采用了共直流母線(xiàn)的方式，從而保證多臺變頻器之間能量的互補，既節約了選配剎車(chē)電阻和剎車(chē)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，從而更加節能環(huán)保。實(shí)驗證明，在穿帶的模式下一般傳動(dòng)點(diǎn)都是處于電動(dòng)狀態(tài)，而在正常聯(lián)動(dòng)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(xiàn)方式以后，安裝在母線(xiàn)上的制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻基本上沒(méi)有工作，母線(xiàn)電壓也非常穩定，這也就是說(shuō)明發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的能量被其他電動(dòng)環(huán)節的變頻器使用掉了，沒(méi)有多余的能量被白白消耗掉。

6 現場(chǎng)布置圖

圖5 現場(chǎng)布置圖

從上面的現場(chǎng)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]到電控室內部變頻器較多，變頻器與電機之間距離較遠的現狀，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 參數表

    8 溫控器

    在此生產(chǎn)線(xiàn)的使用過(guò)程，還有一個(gè)關(guān)鍵的工藝：就是需要對酸洗液溫度的控制。我們?yōu)榭蛻?hù)選定了臺達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，可于控溫系統中加熱和冷卻控制，達到系統快速反應到達設定溫度之要求；內建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(xiàn)比較長(cháng)，所以在首尾各有一個(gè)操作臺，每個(gè)操作臺上各安裝一個(gè)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(jué)到非常的方便實(shí)用。

圖7 人機界面顯示圖

10 現場(chǎng)故障與處理

    在酸洗線(xiàn)前期調試過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )遇到變頻器出現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(wèn)題點(diǎn)。

圖8 C2000手冊故障處理部分

      11 結束語(yǔ)

    經(jīng)過(guò)測試，此生產(chǎn)線(xiàn)最高線(xiàn)速度能夠運行到55m/min，高于設計時(shí)50m/min的線(xiàn)速度。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的運行生產(chǎn)，系統穩定，操作方便，達到客戶(hù)生產(chǎn)要求。