摘要：該論文主要介紹SIMOTION D在軋鋼線板帶激光焊機(jī)中的應(yīng)用，充分利用SIMOTION的各種工藝對象，包括軸、多組同步對象、快速輸入等，同時通過LAD編程方式實現(xiàn)全自動在線激光加工設(shè)備。
 

一、 項目介紹
1、 背景介紹
       目前我國鋼鐵行業(yè)處于主導(dǎo)地位的典型冷軋工藝路線是:轉(zhuǎn)爐冶煉——爐外精煉——初軋開坯——熱連軋——酸洗——冷軋——退火——平整——鍍鋅(錫)——成產(chǎn)品。在此典型的冷軋工藝中，板帶焊接設(shè)備必不可少。運(yùn)行過程中，先行帶尾與后行帶頭必需進(jìn)行焊接，才能保證生產(chǎn)線的連續(xù)作業(yè)。板帶焊接的常用工藝有電弧焊、窄搭接焊、激光焊等幾種，激光焊機(jī)至今為止全部是進(jìn)口設(shè)備。宜昌三峽全通涂鍍板股份有限公司是以生產(chǎn)超薄涂鍍板為主要產(chǎn)品的大型企業(yè)，為了降低設(shè)備采購成本，宜昌三峽全通涂鍍板股份有限公司與武漢大族金石凱激光系統(tǒng)有限公司合作，武漢大族金石凱激光系統(tǒng)有限公司研發(fā)完成了國內(nèi)首臺板帶激光焊機(jī)，不僅填補(bǔ)了該產(chǎn)品國內(nèi)空白，而且還抑制了進(jìn)口設(shè)備的價格。
 

2、 設(shè)備組成

                                                                       (圖1)
板帶激光焊機(jī)主要由以下四大部件組成：
1） 機(jī)械部分：機(jī)械部分成T型，各裝置名稱及功能分別如下：
★ 入口/出口活套裝置：用于鋼帶的擋料，存儲一定的鋼帶，方便對中。
★ 入口/出口夾送裝置：用于鋼帶的送料，將帶頭、帶尾準(zhǔn)確送到主機(jī)的夾鉗下，方便激光切割。
★ 入口/出口對中裝置：一方面用于鋼帶寬度的自動測量；另一方面用于帶頭、帶尾焊接前不錯位，確保鋼帶的直線度。
★ 入口/出口提升裝置：激光焊接合格后，鋼帶在理想的位置高速穿過該設(shè)備，從而保證該設(shè)備的穩(wěn)定性和鋼帶的表面質(zhì)量。
★ 打孔裝置：將鋼帶激光焊接處打孔，作為標(biāo)記。
★ 月牙剪：將不等寬的兩卷鋼帶在焊接處剪切掉，使之圓滑過渡，不傷害下一工序的其他部件。
★ 主機(jī)：包括可以來回直線運(yùn)動的C型架、焊縫檢測裝置、輔助動作的液壓缸等；用于鋼帶的激光切割、焊接、焊縫檢測功能。
2） 液壓站：由于該設(shè)備大多采用液壓缸來實現(xiàn)相關(guān)動作，液壓站為此提供動力源。
3） 激光器：隨C型架的來回移動，激光器為完成鋼帶帶頭、帶尾的自動切割和焊接提供相應(yīng)的激光功率。
4） 操作臺：通過HMI集中監(jiān)控整臺設(shè)備，具有手動、自動、監(jiān)視、文檔記錄、報警等功能。
 

3、 工藝簡介

                                 （圖2）
1） 帶尾檢測及移動：通過對帶尾的兩次檢測配合出口夾送輥將帶尾送到出口自動切割處；出口對中裝置將帶尾執(zhí)行對中。
2） 帶頭檢測及移動：通過對帶頭的兩次檢測配合入口夾送輥將帶頭送到入口自動切割處；啟動快速輸入功能，對鋼帶寬度進(jìn)行自動測量；然后運(yùn)用入口對中裝置將帶頭執(zhí)行對中。
3） 激光切割：當(dāng)帶尾、帶頭移動到相應(yīng)位置時，根據(jù)要求將帶尾、帶頭自動切割。
4） 激光焊接：將切割合格后的帶尾、帶頭進(jìn)行自動拼接，然后根據(jù)要求將帶尾、帶頭自動焊接。
5） 焊縫檢測：將焊接后的鋼帶進(jìn)行檢測，判斷是否合格，合格便通過出口夾送裝置將鋼帶焊縫移動到打孔處打孔，作為焊縫標(biāo)記；不合格自動將鋼帶切割，重復(fù)前面工作。
 

二、 控制系統(tǒng)構(gòu)成

                                                  （圖3）
        如圖所示，控制系統(tǒng)核心控制器為SIMOTION D445，通過擴(kuò)展CU320來實現(xiàn)完成11個伺服軸的控制，使用PROFIBUS DP作為通訊網(wǎng)絡(luò)連接各部件，涉及的其他部件及功能如下：
1、 伺服驅(qū)動和電機(jī)：選用SINAMICS S120書本型模塊和1FT6伺服電機(jī)，分別用于入口裝置測量、對中；出口裝置對中；焊縫拼接；C型架；入口夾送裝置；出口夾送裝置。使用SINAMICS驅(qū)動系統(tǒng)，在控制上保證了同步和定位的精度。
2、 人機(jī)界面：該設(shè)備配置了一個MP370 19”，實現(xiàn)集中控制、顯示、報警、歸檔、工藝配方等工作。
3、 分布式I/O：配置SIMATAC ET200M模塊，其中IM153-1和IM153-2各一塊，用于邏輯輸入輸出信號處理、模擬量信號處理。
4、 軸擴(kuò)展模塊CU320：除了用于軸運(yùn)動控制以外，還得實現(xiàn)入口/出口夾送輥的全閉環(huán)控制、快速I/O測量等功能
 

三、 控制系統(tǒng)完成的功能
運(yùn)用快速I/O測量帶寬和伺服電機(jī)同步功能是此設(shè)備的重點；也是該項目成功的核心要素。下面介紹一下相關(guān)內(nèi)容：
1、 使用CU320全局快速輸入
在生產(chǎn)線中，由于前后兩卷鋼帶的寬度可能不一致，需要對鋼帶的寬度進(jìn)行自動測量，從而保證前后兩卷鋼帶在中心線上完成激光焊接。為此，我們使用了2個快速輸入功能，調(diào)試過程如下：
★ 在CU320的報文中選擇 SIEMENS telegram 392：從而激活6個全局的快速測量功能，注意相對應(yīng)的Input data。
 

（圖4）

★ 在CU320的專家參數(shù)中，P680選擇使用的快速輸入點（如X122.8和X122.10），需要和TO_Measuring Input中設(shè)置的地址一一對應(yīng)。#p#分頁標(biāo)題#e#

（圖5）

    在TO_Measuring Input中，Measuring_input_1 的HW address 和Bit  number中分別輸入521和1，設(shè)置快速測量輸入點測量1（X122.8）。

（圖6）

★ 同樣的方法在Measuring_input_2 的HW address和Bit  number中分別輸如521和2，設(shè)置快速測量輸入點測量2（X122.10）。
★ 通過程序激活或不激活快速測量功能。
 

（圖7）

2、 同步功能
在此生產(chǎn)線中前后兩卷鋼帶激光焊接處有要求：帶鋼長度方向的彎折從距焊縫2米處測量≤4 mm/4m，這就要求入口、出口對中的四個伺服電機(jī)兩兩同步。SIMOTION能實現(xiàn)定位軸的速度同步、多軸同步、相對和絕對的電子齒輪同步。同步功能的實現(xiàn)首先是此軸在做軸配置時需激活同步如：圖8；其次是在Simotion程序中調(diào)用激活同步（_MC_CamIn）及取消同步（_MC_GearOut）命令來完成。根據(jù)工藝需要PLC程序可以隨時激活隨時取消。
 

（圖8）

3、 編程
SIMOTION編程語言符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，且包含I/O管理及過程和機(jī)器控制所需的所有PLC命令。程序可以用LAD（梯形圖）、FBD（功能結(jié)構(gòu)圖）、ST（結(jié)構(gòu)文本）以及MCC（運(yùn)動控制圖）的形式編制。在此項目中主要采用的是LAD編程語言，涉及到的有增量（_MC_MoveAdditive）、絕對（_MC_MoveAbsolute）、回零（_MC_Home）、停止（_MC_Stop）、復(fù)位（_MC_Reset）、點動（_MC_Jog）、激活同步（_MC_CamIn）及取消同步（_MC_GearOut）等功能塊，靈活運(yùn)用這些功能塊，使整個項目具備了手動調(diào)試、自動運(yùn)行功能。在調(diào)用這些功能塊時需要注意兩點：
①、 當(dāng)同一個軸多次調(diào)用同一功能塊時，不要同名，同名可能會導(dǎo)致PLC程序不能重復(fù)循環(huán)。
②、 調(diào)用功能塊時EN端最好不要加條件，條件可以加在execute端，如：

（圖9）

四、 項目運(yùn)行
       板帶激光焊機(jī)與整條生產(chǎn)線經(jīng)過上線調(diào)試，現(xiàn)已穩(wěn)定運(yùn)行。各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求，焊縫斷帶率≤0.1%；拉力實驗測試結(jié)果顯示斷裂都不發(fā)生在焊逢處。生產(chǎn)節(jié)拍、焊接質(zhì)量及整機(jī)穩(wěn)定性均達(dá)到進(jìn)口設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。加上中文操作界面HMI，直觀的動作指示、操作指南、報警提示、維修手冊于一體，使設(shè)備更適應(yīng)客戶使用習(xí)慣，得到了客戶的充分認(rèn)可。

五、 應(yīng)用體會
       本人一直以來都是從事數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)用，有一定的運(yùn)動控制基礎(chǔ)，初次使用SIMOTION感覺還是比較容易上手的。通過這臺板帶激光焊機(jī)的設(shè)計、調(diào)試，對SIMOTION有了較為深刻的理解，并掌握了SIMOTION的調(diào)試方法、應(yīng)用范圍、基本功能、編程技巧等。跟SINUMERIK高檔系統(tǒng)840D比較，有可編程性強(qiáng)、操作方便、成本低、更適應(yīng)生產(chǎn)線的優(yōu)勢。
 

（本文作者：武漢大族金石凱激光系統(tǒng)有限公司，劉千軍）