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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(xiàn)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(yè)處于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，先行帶尾與后行帶頭必需進行焊接，才能保證生產線的連續(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，激光焊機至今為止全部是進口設備。宜昌三峽全通涂鍍板股份有限公司是以生產超薄涂鍍板為主要產品的大型企業(yè)，為了降低設備采購成本，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)完成了國內首臺板帶激光焊機，不僅填補了該產品國內空白，而且還抑制了進口設備的價格。
 

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備，從而保證該設備的穩(wěn)定性和鋼帶的表面質量。
★ 打孔裝置：將鋼帶激光焊接處打孔，作為標記。
★ 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：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；用于鋼帶的激光切割、焊接、焊縫檢測功能。
2） 液壓站：由于該設備大多采用液壓缸來實現(xiàn)相關動作，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的激光功率。
4） 操作臺：通過HMI集中監(jiān)控整臺設備，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，對鋼帶寬度進行自動測量；然后運用入口對中裝置將帶頭執(zhí)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：將切割合格后的帶尾、帶頭進行自動拼接，然后根據要求將帶尾、帶頭自動焊接。
5） 焊縫檢測：將焊接后的鋼帶進行檢測，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，作為焊縫標記；不合格自動將鋼帶切割，重復前面工作。
 

二、 控制系統(tǒng)構成

                                                  （圖3）
        如圖所示，控制系統(tǒng)核心控制器為SIMOTION D445，通過擴展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書本型模塊和1FT6伺服電機，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驅動系統(tǒng)，在控制上保證了同步和定位的精度。
2、 人機界面：該設備配置了一個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、 軸擴展模塊CU320：除了用于軸運動控制以外，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。下面介紹一下相關內容：
1、 使用CU320全局快速輸入
在生產線中，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，注意相對應的Input data。
 

（圖4）

★ 在CU320的專家參數中，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制所需的所有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點：
①、 當同一個軸多次調用同一功能塊時，不要同名，同名可能會導致PLC程序不能重復循環(huán)。
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
       板帶激光焊機與整條生產線經過上線調試，現(xiàn)已穩(wěn)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(fā)生在焊逢處。生產節(jié)拍、焊接質量及整機穩(wěn)定性均達到進口設備標準。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，使設備更適應客戶使用習慣，得到了客戶的充分認可。

五、 應用體會
       本人一直以來都是從事數控系統(tǒng)的運用，有一定的運動控制基礎，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的設計、調試，對SIMOTION有了較為深刻的理解，并掌握了SIMOTION的調試方法、應用范圍、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、操作方便、成本低、更適應生產線的優(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）