摘要：該論文主要介紹SIMOTION D在軋鋼線板帶激光焊機中的應用，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編程方式實現全自動在線激光加工設備。
 

一、 項目介紹
1、 背景介紹
       目前我國鋼鐵行業(ye) 處於(yu) 主導地位的典型冷軋工藝路線是:轉爐冶煉——爐外精煉——初軋開坯——熱連軋——酸洗——冷軋——退火——平整——鍍鋅(錫)——成產(chan) 品。在此典型的冷軋工藝中，板帶焊接設備必不可少。運行過程中，先行帶尾與(yu) 後行帶頭必需進行焊接，才能保證生產(chan) 線的連續作業(ye) 。板帶焊接的常用工藝有電弧焊、窄搭接焊、激光焊等幾種，激光焊機至今為(wei) 止全部是進口設備。宜昌三峽全通塗鍍板股份有限公司是以生產(chan) 超薄塗鍍板為(wei) 主要產(chan) 品的大型企業(ye) ，為(wei) 了降低設備采購成本，宜昌三峽全通塗鍍板股份有限公司與(yu) 武漢大族金石凱激光係統有限公司合作，武漢大族金石凱激光係統有限公司研發完成了國內(nei) 首台板帶激光焊機，不僅(jin) 填補了該產(chan) 品國內(nei) 空白，而且還抑製了進口設備的價(jia) 格。
 

2、 設備組成

                                                                       (圖1)
板帶激光焊機主要由以下四大部件組成：
1） 機械部分：機械部分成T型，各裝置名稱及功能分別如下：
★ 入口/出口活套裝置：用於(yu) 鋼帶的擋料，存儲(chu) 一定的鋼帶，方便對中。
★ 入口/出口夾送裝置：用於(yu) 鋼帶的送料，將帶頭、帶尾準確送到主機的夾鉗下，方便激光切割。
★ 入口/出口對中裝置：一方麵用於(yu) 鋼帶寬度的自動測量；另一方麵用於(yu) 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：激光焊接合格後，鋼帶在理想的位置高速穿過該設備，從(cong) 而保證該設備的穩定性和鋼帶的表麵質量。
★ 打孔裝置：將鋼帶激光焊接處打孔，作為(wei) 標記。
★ 月牙剪：將不等寬的兩(liang) 卷鋼帶在焊接處剪切掉，使之圓滑過渡，不傷(shang) 害下一工序的其他部件。
★ 主機：包括可以來回直線運動的C型架、焊縫檢測裝置、輔助動作的液壓缸等；用於(yu) 鋼帶的激光切割、焊接、焊縫檢測功能。
2） 液壓站：由於(yu) 該設備大多采用液壓缸來實現相關(guan) 動作，液壓站為(wei) 此提供動力源。
3） 激光器：隨C型架的來回移動，激光器為(wei) 完成鋼帶帶頭、帶尾的自動切割和焊接提供相應的激光功率。
4） 操作台：通過HMI集中監控整台設備，具有手動、自動、監視、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(liang) 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行對中。
2） 帶頭檢測及移動：通過對帶頭的兩(liang) 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，對鋼帶寬度進行自動測量；然後運用入口對中裝置將帶頭執行對中。
3） 激光切割：當帶尾、帶頭移動到相應位置時，根據要求將帶尾、帶頭自動切割。
4） 激光焊接：將切割合格後的帶尾、帶頭進行自動拚接，然後根據要求將帶尾、帶頭自動焊接。
5） 焊縫檢測：將焊接後的鋼帶進行檢測，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(wei) 焊縫標記；不合格自動將鋼帶切割，重複前麵工作。
 

二、 控製係統構成

                                                  （圖3）
        如圖所示，控製係統核心控製器為(wei) SIMOTION D445，通過擴展CU320來實現完成11個(ge) 伺服軸的控製，使用PROFIBUS DP作為(wei) 通訊網絡連接各部件，涉及的其他部件及功能如下：
1、 伺服驅動和電機：選用SINAMICS S120書(shu) 本型模塊和1FT6伺服電機，分別用於(yu) 入口裝置測量、對中；出口裝置對中；焊縫拚接；C型架；入口夾送裝置；出口夾送裝置。使用SINAMICS驅動係統，在控製上保證了同步和定位的精度。
2、 人機界麵：該設備配置了一個(ge) MP370 19”，實現集中控製、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，用於(yu) 邏輯輸入輸出信號處理、模擬量信號處理。
4、 軸擴展模塊CU320：除了用於(yu) 軸運動控製以外，還得實現入口/出口夾送輥的全閉環控製、快速I/O測量等功能
 

三、 控製係統完成的功能
運用快速I/O測量帶寬和伺服電機同步功能是此設備的重點；也是該項目成功的核心要素。下麵介紹一下相關(guan) 內(nei) 容：
1、 使用CU320全局快速輸入
在生產(chan) 線中，由於(yu) 前後兩(liang) 卷鋼帶的寬度可能不一致，需要對鋼帶的寬度進行自動測量，從(cong) 而保證前後兩(liang) 卷鋼帶在中心線上完成激光焊接。為(wei) 此，我們(men) 使用了2個(ge) 快速輸入功能，調試過程如下：
★ 在CU320的報文中選擇 SIEMENS telegram 392：從(cong) 而激活6個(ge) 全局的快速測量功能，注意相對應的Input data。
 

（圖4）

★ 在CU320的專(zhuan) 家參數中，P680選擇使用的快速輸入點（如X122.8和X122.10），需要和TO_Measuring Input中設置的地址一一對應。#p#分頁標題#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(chan) 線中前後兩(liang) 卷鋼帶激光焊接處有要求：帶鋼長度方向的彎折從(cong) 距焊縫2米處測量≤4 mm/4m，這就要求入口、出口對中的四個(ge) 伺服電機兩(liang) 兩(liang) 同步。SIMOTION能實現定位軸的速度同步、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程序中調用激活同步（_MC_CamIn）及取消同步（_MC_GearOut）命令來完成。根據工藝需要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標準，且包含I/O管理及過程和機器控製所需的所有PLC命令。程序可以用LAD（梯形圖）、FBD（功能結構圖）、ST（結構文本）以及MCC（運動控製圖）的形式編製。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）、複位（_MC_Reset）、點動（_MC_Jog）、激活同步（_MC_CamIn）及取消同步（_MC_GearOut）等功能塊，靈活運用這些功能塊，使整個(ge) 項目具備了手動調試、自動運行功能。在調用這些功能塊時需要注意兩(liang) 點：
①、 當同一個(ge) 軸多次調用同一功能塊時，不要同名，同名可能會(hui) 導致PLC程序不能重複循環。
②、 調用功能塊時EN端最好不要加條件，條件可以加在execute端，如：

（圖9）

四、 項目運行
       板帶激光焊機與(yu) 整條生產(chan) 線經過上線調試，現已穩定運行。各項技術指標達到了設計要求，焊縫斷帶率≤0.1%；拉力實驗測試結果顯示斷裂都不發生在焊逢處。生產(chan) 節拍、焊接質量及整機穩定性均達到進口設備標準。加上中文操作界麵HMI，直觀的動作指示、操作指南、報警提示、維修手冊(ce) 於(yu) 一體(ti) ，使設備更適應客戶使用習(xi) 慣，得到了客戶的充分認可。

五、 應用體(ti) 會(hui)
       本人一直以來都是從(cong) 事數控係統的運用，有一定的運動控製基礎，初次使用SIMOTION感覺還是比較容易上手的。通過這台板帶激光焊機的設計、調試，對SIMOTION有了較為(wei) 深刻的理解，並掌握了SIMOTION的調試方法、應用範圍、基本功能、編程技巧等。跟SINUMERIK高檔係統840D比較，有可編程性強、操作方便、成本低、更適應生產(chan) 線的優(you) 勢。
 

（本文作者：武漢大族金石凱激光係統有限公司，劉千軍(jun) ）