CN100528407C - 高精度铜带水平连铸机组自动化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度铜带水平连铸机组自动化装置，包括：牵引辊、铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC、牵引PLC；还包括人机对话屏、交流伺服放大器、交流伺服电机、保温炉PLC；所述的牵引PLC通过现场总线与铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC相连，并通过与牵引PLC相连的人机对话屏将铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC的数据反应在人机对话屏上；牵引PLC还与交流伺服放大器、保温炉PLC分别相连并通过与牵引PLC相连的人机对话屏将交流伺服放大器、保温炉PLC的数据反应在人机对话屏上；位置控制由PLC定位模块通过交流伺服放大器控制交流伺服电机来驱动牵引辊动作；系统结构简洁、可靠性高；采用现场总线；牵引机控制精度高，能满足电子铜带应用水平连铸工艺的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种高精度铜带水平连铸机组自动化装置。
背景技术
高精度铜带水平连铸机组是一种为生产电子铜带和普通铜带连铸坯设计制造的高精度水平连铸机组自动化装置，电子铜带如锌白铜、194、紫铜带等是目前生产电子产品如接插件、PCB缚铜板等必需的产品。
为了降低铜带生产成本，减少生产工序，提高产量，目前许多铜材加工采用铜带坯连铸机生产卷坯，然后直接进行后道冷轧、退火、精整等加工工序。该工艺的关键环节是铜带坯水平连铸机的带坯铸造质量。保证铸坯质量的关键是牵引机能正确可靠地执行“反推-停-拉-停-反推-停”为周期的牵引规律运动，周期中的每一个动作可根据不同产品随机设定参数并可取消，因反推的位移和时间相对很小，牵引辊每次起停的加(减)速度要求很大并可任意设定，因此对牵引机驱动的要求是动作定位精度高、惯量小、响应快、灵敏度高。此外，铜带坯水平连铸机是铜带生产的头道工序，一旦发生故障直接影响后道加工工序，因此，能长期可靠地运行也是水平连铸机的关键。精确地推、拉、停动作能解决目前国内对电子铜带采用水平连铸工艺生产的关键之一。
图1是国外典型水平连铸机之一，该种水平连铸机机列的控制原理是这样的：操作人员在带CRT及薄膜开关的工控机上设定或修改工艺参数，通过RS232传送给CNAC轴控计算机，牵引机由PLC控制动作过程，CNAC根据PLC的指令及人机对话屏送来的参数控制直流伺服放大器驱动直流伺服电机动作，由直流伺服电机带动液压伺服阀控制液压马达按要求运行。与直流伺服电机同轴连接的光电编码器将速度和位置信号返回CNAC。整个牵引驱动系统由CNAC一直流伺服放大器一直流伺服电机一光电编码器一CNAC构成一个位置、速度、电流的三环系统，液压伺服阀和液压马达构成一个液压位置、速度的双闭环系统，而从CNAC到液压马达中间是开环的，系统引拉、反推的定位精度不高。
通过分析可看出，系统中一台带薄膜开关的计算机仅为提供人机对话而设，一台CNAC轴控计算机通过伺服放大器控制直流伺服电机，通过与伺服电机直连的伺服阀再控制液压马达来驱动牵引辊，一台PLC控制整个牵引机的逻辑动作。控制一台牵引机需三套独立的系统，人机对话计算机将设定的参数通过RS232串行通讯传送给CNAC轴控计算机，CNAC通过并行线与PLC联络，牵引系统通过串行及并行通讯将三套独立的系统联系起来，这样的系统结构过于复杂。牵引机与剪切机、卷取机等下机列机组的连锁都是通过各台PLC的输入、输出连接线来完成的。系统结构复杂，动作精度不高。
图2是国外典型水平连铸机之二，该种水平连铸机机列的控制原理是这样的：此机型水平连铸机比第一种水平连铸机的电控系统迈进了一大步。该系统牵引机仅用一套工控计算机和一台PLC，系统结构简化了。牵引系统中PLC控制牵引机的逻辑动作及与下机列逻辑连锁，一套工控计算机除人机对话设置工艺参数，通过通讯从PLC取得控制命令和PLC状态显示信息外，它直接控制两台直流伺服放大器来驱动两台直流伺服电机控制牵引机按设定参数运行。下机列各台PLC根据牵引PLC的逻辑连锁信号分别控制铣面、剪切及卷取机各自动作过程。
该控制系统采用直流伺服电机作为执行部件。这样的控制系统存在直流伺服电机的碳刷易磨损，必须经常维护；牵引系统由一套工控计算机和一台PLC构成，对工厂维护人员而言，工控计算机的维护相对PLC具有一定的难度，尤其是工控计算机的软件维护相当困难。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种高精度铜带水平连铸机组自动化装置，旨在解决上述的缺陷；
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：牵引辊、铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC、牵引PLC；还包括人机对话屏、交流伺服放大器、交流伺服电机、保温炉PLC；所述的牵引PLC通过现场总线与铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC相连，并通过与牵引PLC相连的人机对话屏将铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC的数据反应在人机对话屏上；所述的牵引PLC还与交流伺服放大器、保温炉PLC分别相连并通过与牵引PLC相连的人机对话屏将交流伺服放大器、保温炉PLC的数据反应在人机对话屏上；位置控制由PLC定位模块通过交流伺服放大器控制交流伺服电机来驱动牵引辊动作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：系统结构简洁、可靠性高；采用现场总线，可减少现场布线和维护工作量；牵引机控制精度高，能满足电子铜带应用水平连铸工艺的要求；卷取弯辊高度可任意设定，面板具弯辊高度显示功能。
附图说明
图1是第一种现有技术模块图；
图2是第二种现有技术模块图；
图3是本发明模块图；
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
由图3可见：本发明的装置包括：牵引辊、铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC、牵引PLC；还包括人机对话屏、交流伺服放大器、交流伺服电机、保温炉PLC；所述的牵引PLC通过现场总线与铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC相连，并通过与牵引PLC相连的人机对话屏将铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC的数据反应在人机对话屏上；所述的牵引PLC还与交流伺服放大器、保温炉PLC分别相连并通过与牵引PLC相连的人机对话屏将交流伺服放大器、保温炉PLC的数据反应在人机对话屏上；位置控制由PLC定位模块通过交流伺服放大器控制交流伺服电机来驱动牵引辊动作。
为了能满足应用水平连铸工艺生产电子铜带连铸坯，最关键的是牵引机的牵引动作定位精度和动作重复精度要高，使生产的铜带坯通过反推-停-牵引-停-反推-停周而复始运动每一步动作精准，以至铜带坯的结晶稳定，避免生产出的产品断筋、起皮而报废。
本发明设计了一种采用PLC定位控制模块构成的位置-速度-电流三环系统组成的高精度牵引机控制系统，系统由伺服定位模块构成位置环、交流伺服放大器构成速度、电流环，通过控制软件保证系统动作精度和重复精度比以往的水平连铸机列大大提高，以满足除普通黄铜带、青铜带外，生产电子铜带连铸坯的要求。
本发明设计、制造的高精度水平连铸机列自动化系统为适应铜带水平连铸高可靠性要求，在系统设计中将保温炉控制、铣面机剪切机控制、卷取机控制分别采用独立的PLC控制，系统通过现场总线连接，实施系统的故障报警和控制连锁，并通过挂在现场总线上的HMI屏，实现人机对话和对整条生产线的监控。
本发明中采用的人机对话屏主要对牵引工艺参数如牵引长度、牵引时间、拉后停时间、反推1长度、反推1时间、中间停时间、反推2长度、反推2时间和推后停时间、铜带坯自动剪切长度、牵引和反推的加、减速度、手动拉、手动推速度等生产工艺参数任意设定及修改，对生产过程中的实际加工参数动态显示，对全线各设备运行状态及故障状况实时显示。
牵引机PLC除处理系统生产过程中逻辑动作和与下机列各PLC的逻辑连锁外，该PLC中的伺服定位模块通过交流伺服放大器与内置高精度绝对位置编码器的交流伺服电机构成一个位置-速度-电流三闭环的高精度控制系统保证系统动作的高精度和重复精度，满足电子铜带和普通铜带连铸生产质量要求。
保温炉PLC自动控制保温炉的温度及对整个机列故障时进行声光报警。
铣面机与剪切机PLC自动控制生产过程中铣面机和剪切机运行。
卷取机PLC控制生产过程中自动卷取及与牵引机的逻辑连锁动作。
本发明中采用现有技术的各台PLC独立运行，分散控制，集中监控，大大提高了系统的可靠性和操作维护灵活性。
本发明牵引机只有一台PLC，显示屏通过现场总线直接挂在牵引机PLC的CPU模块上，省去了工控计算机。驱动牵引辊的交流伺服电机由牵引机PLC的伺服模块控制交流伺服放大器来驱动，并通过交流伺服电机中内置的编码器反馈，构成一个位置-速度-电流的三环系统，保证水平连铸牵引辊的定位和时间加工精度。下机列的各台PLC通过现场总线与牵引机PLC连接，系统逻辑连锁和下机列设备的运行状况都通过通信方式联系及显示，省略了以往各PLC用于逻辑连锁和状态显示的输入/输出点数及硬件连线，系统结构简洁、可靠。
采用牵引机PLC直接控制交流伺服电机驱动牵引辊的系统技术水准高、系统结构简洁，由于整个系统省去了PLC与工控计算机或计算机与伺服放大器之间的通讯线，在整个水平连铸线的各台PLC之间构成一个现场总线，使系统连接线减少，提高了系统快速响应性和系统可靠性。
系统中伺服控制器是以PLC控制板的形式直接插入PLC的机框中，PLC与伺服控制板通过PLC机框的背板直接通讯，速度快、可靠性高。伺服控制板直接控制伺服放大器来驱动伺服电机带动牵引辊，系统抗干扰性能强。
系统中牵引机PLC的显示屏作为一台外设直接挂在现场总线上，通过PLC系统组态软件编程，避免了软件编制中的隐性偶发故障。此外，系统中各台PLC和显示屏除都具有自诊断功能外，系统中每台PLC的故障、伺服系统的故障及逻辑连锁状态都能在显示屏上以中文形式显示，提高了系统的可维护性和可靠性。
系统选用PLC的伺服定位模块，该模块采用32位绝对位置控制，定位模块通过背板总线与PLC的CPU通信，独立运行不占用PLC的CPU扫描时间，速度快、精度高。
系统选用全数字式交流伺服控制器，以微处理器为基础的真正矢量控制。与PLC定位模块一起构成位置、速度、电流三闭环系统，系统响应快、惯量小、抗干扰能力强，使牵引机按工艺要求动作精度大大提高。
本发明采用交流伺服的牵引机动作方式是：拉-停-反推1-中间停-反推2-停
除拉和中间停不可为零外，其他动作可任意选择，所有参数可根据工艺要求设定及修改。
拉推冲程： 0-99.99mm
拉推精度： 0.01mm
动作时间： 0-99.9s
时间精度： 0.01s
拉推速度： 0-50mm/s
平均引拉速度： 80-300mm/s
最大加减速度： 1000mm/s2
最大牵引力： 6000Kg
最大反推力： 6000Kg
构成的水平连铸机
铸造带坯： 两根带坯
带坯规格： 宽度450mm、厚度12-18mm
平均生产率： 600-1000kg/h
生产能力： 5250t/y
生产品种： 黄铜、锡磷青铜、紫铜、194等
本发明采用：
■引锭机交流伺服系统的设计计算，根据机列推动卷取机所需的力、牵引通过结晶器所需的摩擦力和全线铜带坯的最大重量等，以及牵引动作所需的最大加速力矩，设计计算交流伺服电机的转矩和伺服驱动器的容量。
■满足系统定位精度和时间快速响应性要求的PLC伺服定位模块的软件开发。
■通过现场总线设计牵引机、保温炉、剪切机和卷取机的设备运行状态显示及设备间的逻辑连锁功能。
■系统人机对话屏显示系统动态画面和加工工艺参数设置的软件设计。
主要技术指标及其对比：
采用本发明最主要的使水平连铸的牵引、反推动作精度高，在铜带连铸生产中根据不同的加工品种设置的反推-停-牵引-停-反推-停的重复动作精度高，使目前市场需求量大的电子铜带通过水平连铸工艺生产能保证电子铜带连铸坯在结晶过程中的质量。本发明的主要技术参数与现有技术的对比如下表所示：
Claims (1)
1.一种高精度铜带水平连铸机组自动化装置，包括：牵引辊、铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC、牵引PLC；其特征在于：还包括人机对话屏、交流伺服放大器、交流伺服电机、保温炉PLC；所述的牵引PLC通过现场总线与铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC相连，并通过与牵引PLC相连的人机对话屏将铣面、剪切PLC、前卷PLC、后卷PLC的数据反应在人机对话屏上；所述的牵引PLC还与交流伺服放大器、保温炉PLC分别相连并通过与牵引PLC相连的人机对话屏将交流伺服放大器、保温炉PLC的数据反应在人机对话屏上；位置控制由PLC定位模块通过交流伺服放大器控制交流伺服电机来驱动牵引辊动作。
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