連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線氣刀采用縫形噴嘴噴出連續(xù)的像刀一樣的扁平氣流把帶鋼表面多余的鋅液吹刮掉，在帶鋼表面留下均勻、適量的鋅層并讓多余的鋅液流回鋅鍋。文章介紹了連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線氣刀的結(jié)構(gòu)及工作原理，總結(jié)了實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的該設(shè)備原始硬件和軟件存在的不足，提出并實(shí)施了相應(yīng)的解決方案。通過(guò)對(duì)氣刀Harting接頭的改造，實(shí)現(xiàn)了氣刀切換的靈活性；邊部擋板控制方式由閉環(huán)改為開環(huán)，解決了編碼器故障，大大提升生產(chǎn)操作效率；新增氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)了氣刀由空氣切換氮?dú)獾墓δ埽兄谔岣弋a(chǎn)品質(zhì)量；氣刀操作畫面修改等優(yōu)化改造大大提高了操作的便捷性。經(jīng)過(guò)實(shí)際操作驗(yàn)證，各項(xiàng)技術(shù)改造后的設(shè)備功能運(yùn)行良好，確保了氣刀的正常、可靠、高效使用。
氣刀是熱鍍鋅生產(chǎn)的重要工藝設(shè)備。在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線中氣刀通過(guò)采用一對(duì)橫貫整個(gè)帶鋼寬度的縫形噴嘴噴出連續(xù)的像刀一樣的扁平氣流，把帶鋼表面多余的鋅液吹刮掉，在帶鋼表面留下均勻、適量的鋅層，并讓多余的鋅液流回鋅鍋，從而達(dá)到合理控制熱鍍鋅鋅層的目的。
氣刀結(jié)構(gòu)及工作原理
機(jī)械組成
CGL機(jī)組氣刀機(jī)構(gòu)組成：2個(gè)刀梁，由4臺(tái)伺服電機(jī)控制刀唇前后調(diào)節(jié)、4臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)控制刀唇封閉擋板調(diào)節(jié)；2個(gè)邊部擋板，由2臺(tái)伺服電機(jī)控制其打開、關(guān)閉；2個(gè)升降機(jī)，由2臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)控制刀梁升降；1個(gè)沉沒輥及刮刀，由1臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)控制其橫移動(dòng)作、2個(gè)氣缸控制刮刀抬起、壓下；1個(gè)糾正輥，由2臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)控制其工作位置。氣刀基本組成如圖1。
電氣控制組成
系統(tǒng)采用S7-300PLC作為硬件核心。通過(guò)Profibus網(wǎng)絡(luò)分別連接ET200遠(yuǎn)程站，采集現(xiàn)場(chǎng)壓力和溫度等信號(hào)；連接DP耦合器，用于同主線CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；連接G120變頻器，驅(qū)動(dòng)氣刀風(fēng)機(jī)進(jìn)行氣壓控制；連接SEW變頻器，驅(qū)動(dòng)氣刀本體各機(jī)構(gòu)動(dòng)作；連接SICK編碼器，讀取沉沒輥、糾正輥等位置信號(hào)。系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖2。
氣刀工作原理
氣刀工作原理如圖3所示。
◆空氣模式
SVA12、SVA2和SVA6三個(gè)閥門打開，啟動(dòng)BLOWER2風(fēng)機(jī)為上刀唇供氣；SVA11、SVA1和SVA7三個(gè)閥門打開，啟動(dòng)BLOWER1風(fēng)機(jī)為下刀唇供氣；HMI設(shè)定刀唇氣壓后，通過(guò)PT1、PT2壓力表反饋實(shí)際氣壓值，經(jīng)過(guò)PID閉環(huán)控制分別調(diào)節(jié)BLOWER2和BLOWER1風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而輸出設(shè)定的氣壓(其余閥門均處于關(guān)閉狀態(tài))。
◆氮?dú)饽Ｊ?/span>
當(dāng)SVA5打開時(shí)，根據(jù)設(shè)定開度打開N2調(diào)節(jié)閥，經(jīng)減壓閥將氮?dú)廨斔椭翚獾豆艿溃?/span>SVA12、SVA2和SVA9三個(gè)閥門打開，啟動(dòng)BLOWER2風(fēng)機(jī)為上刀唇供氣；SVA11、SVA1和SVA8三個(gè)閥門打開，啟動(dòng)BLOWER1風(fēng)機(jī)為下刀唇供氣；HMI設(shè)定刀唇氣壓后，通過(guò)PT1、PT2壓力表反饋實(shí)際氣壓值，經(jīng)過(guò)PID閉環(huán)控制分別調(diào)節(jié)BLOWER2和BLOWER1風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而輸出設(shè)定的氣壓(其余閥門均處于關(guān)閉狀態(tài))。
氣刀硬件改造及控制功能優(yōu)化
Harting接頭改造
◆原設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
)現(xiàn)場(chǎng)有兩套氣刀，一套用于鍍鋅，另一套用于鍍鋁硅，因?yàn)?/span>Harting插頭組成部件型號(hào)不統(tǒng)一且安裝排列無(wú)次序，故無(wú)法同時(shí)滿足連接兩套氣刀的要求。
2)由于Harting接頭內(nèi)部相同功能部件的型號(hào)、排列次序和接線不統(tǒng)一，因此在兩套氣刀更換過(guò)程中必然導(dǎo)致元器件燒毀。
◆優(yōu)化方案
統(tǒng)一Harting接頭內(nèi)部組成部件的型號(hào)、排列次序和接線，滿足兩套氣刀靈活更換的要求。改造后的Harting示意圖如圖4。
氣刀邊部擋板改造
◆原始設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
由于換鍋、換氣刀和沉沒輥時(shí)，連接邊部擋板的插頭需要經(jīng)常性拔插，從而導(dǎo)致插頭里的插針存在松動(dòng)情況，此外擋板工作在高溫環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)干擾因素很大，因此擋板會(huì)經(jīng)常性的報(bào)編碼器故障。報(bào)故障時(shí)擋板無(wú)法動(dòng)作，影響生產(chǎn)，若在焊縫通過(guò)時(shí)擋板無(wú)法自動(dòng)打開，容易造成生產(chǎn)事故。
◆改造方案
1)重新配置傳動(dòng)參數(shù)，取消編碼器，由閉環(huán)控制改為開環(huán)控制。
2)加裝激光測(cè)距儀，測(cè)量并顯示擋板工作的位置，如圖5所示。
3)根據(jù)激光測(cè)距反饋的位置，程序增加擋板快開、減速以及停止位。
◆控制軟件修改
1)根據(jù)當(dāng)前CMP50M伺服電機(jī)參數(shù)，選型一臺(tái)參數(shù)相近的DRS80S4異步電動(dòng)機(jī)作為組態(tài)對(duì)象，用MOVITOOLS MotionStudio軟件對(duì)傳動(dòng)進(jìn)行重新配置，取消編碼器，使電機(jī)工作穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)需求。
)修改后的程序流程圖如圖6所示。
氣刀增加氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥
◆原始設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
原設(shè)計(jì)采用一套減壓閥將壓力為5~8 bar氮?dú)鉁p壓到130 mbar，由于減壓范圍和氮?dú)饬髁看?，在開通氮?dú)夂螅瑴p壓閥發(fā)生喘震，減壓后的氮?dú)鈮毫Σ环€(wěn)定，氣刀無(wú)法正常工作。
◆優(yōu)化方案
)新增一個(gè)電氣調(diào)節(jié)閥HCP-1，當(dāng)切換氮?dú)饽Ｊ綍r(shí)，通過(guò)氣刀HMI操作畫面給定一個(gè)目標(biāo)數(shù)值，程序會(huì)將閥門立刻打開10%，再逐步打開到設(shè)定的目標(biāo)開度，從而滿足了減壓閥工作的承受能力。
2)在自動(dòng)模式下，氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥可根據(jù)設(shè)定的氣壓大小自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度。
◆硬軟件控制修改
1)在N2 TOP點(diǎn)位置安裝一個(gè)電氣調(diào)節(jié)閥，如圖7所示。
)修改后的程序流程圖，如圖8所示。
氣刀刀唇封閉編碼器變更調(diào)試
◆原始設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
氣刀刀唇封閉編碼器為SSI 24 bit型編碼器，采用一轉(zhuǎn)換模塊將SSI信號(hào)轉(zhuǎn)DP信號(hào)，從而將位置信息傳至PLC。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，SSI轉(zhuǎn)DP模塊經(jīng)常損壞，且西門位置輸入模塊也無(wú)法直接組態(tài)SSI 24 bit型編碼器。
◆優(yōu)化方案
取消原有的SSI轉(zhuǎn)DP設(shè)計(jì)方案，重新選型SSI25 bit耐高溫編碼器，采用西門子6ES7 338-4BC01-0AB0位置輸入模組直接讀取位置信號(hào)。
◆控制軟硬件的改造
1)重新選型TR CEH58M 5880-00408編碼器，設(shè)計(jì)加工特定的連接軸進(jìn)行安裝。
2)采用西門子6ES7 338-4BC01-0AB0位置輸入模組進(jìn)行組態(tài)。
3)按照帶鋼最大寬度的一半715 mm編程，使編碼器讀數(shù)和擋板的機(jī)械行程對(duì)應(yīng)。
氣刀畫面修改
增加一鍵快開按鈕、增加維護(hù)柜按鈕、增加標(biāo)零畫面，如圖9。
◆原始設(shè)計(jì)
1)氣刀各機(jī)構(gòu)動(dòng)作只能通過(guò)操作工手動(dòng)在HMI上點(diǎn)動(dòng)，或者設(shè)定目標(biāo)數(shù)值才能動(dòng)作。
2)氣刀各動(dòng)作機(jī)構(gòu)編碼器標(biāo)零只能在程序里標(biāo)定。
3)氣刀維護(hù)柜上觸摸屏只能對(duì)氣刀單側(cè)動(dòng)作。
◆原始設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題
1)當(dāng)帶鋼出現(xiàn)瓢曲或板形不好時(shí)，操作工無(wú)法快速將氣刀和擋板退出，帶鋼容易剮蹭刀唇和擋板，造成設(shè)備損傷。
2)氣刀剛上線時(shí)，各機(jī)構(gòu)編碼器位置數(shù)據(jù)丟失，操作工無(wú)法快速重新標(biāo)定。
3)氣刀離線調(diào)試時(shí)，氣刀只能單側(cè)動(dòng)作，無(wú)法兩側(cè)同時(shí)動(dòng)作，對(duì)離線調(diào)試增加了困難。
◆優(yōu)化方案
1)氣刀HMI上每個(gè)界面均增加“快開”按鈕，方便操作工快速打開氣刀。
2)氣刀HMI上設(shè)有專門的畫面，可對(duì)氣刀所有位置編碼器進(jìn)行標(biāo)定。
3)氣刀維護(hù)柜新增操作按鈕，滿足離線調(diào)試同時(shí)操作氣刀兩側(cè)刀唇的功能。
結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)氣刀Harting接頭的改造，實(shí)現(xiàn)了氣刀切換的靈活性。邊部擋板控制方式由閉環(huán)改為開環(huán)，解決了編碼器故障，大大提升生產(chǎn)操作效率。新增氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)了氣刀由空氣切換氮?dú)獾墓δ?，有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量。氣刀操作畫面修改等優(yōu)化改造大大提高了操作的便捷性。經(jīng)過(guò)實(shí)際操作驗(yàn)證，各項(xiàng)功能運(yùn)行良好。
文章來(lái)源——金屬世界