YU Qinghai        Abstract:  Principal introduction control system make up of ACS600 inverter made in ABB, S7-300 series and S7-200 series PLC for copper strip milling machine. And the communication used fiber distributed data interface between inverters.        Key words:  copper strip; milling machine; ACS600 inverter; PLC; DTC(direct torque control)一、概述：本控制系统是为铜（铜合金）带线外铣面机专用机械配套设计的。铣面机列是铜（铜合金）水平连铸机和热轧机的配套设备，铜材经过热轧机或拉铸机的轧制，形成8mm～16mm厚的铜（铜合金）带，由于表面氧化物的存在及其他原因造成表面质量下降，影响板带在冷轧机上加工后的产品质量。需要在本机列上进行上下两个平面的铣削抛光刮刷加工，使其表面光滑、平整，并使带材重新卷成卷，为下一步轧制做好准备。本机列采用日本生田产机公司的优新技术，以最可靠、实用的机列组成，实现用户生产所需要的各种功能，能大幅度提高产品质量，极大的提高产品的竞争力。带坯上、下铣面采用分体式、日本进口铣面机，结构先进，维修方便，铣刀更换方便，换刀时间短。生产线上的主要电机采用ABB公司的ACS600系列交流变频调速装置，先进可靠，又能节能降耗。二、机列介绍：铜带线外铣面机的主要设备布置及电气系统组成如下图所示：主要设备布置从左至右（从操作侧看）依次为：开卷机、矫直机、切头剪、1#夹送辊、下铣刀、2#夹送辊、上铣刀、3#夹送辊、上刷子、下刷子、卷取机。各部分的主要功能及控制要求如下：开卷机：配合撵头辊、开头导板、上料小车、止料板、翻转台、上料辊道等打开来料铜卷，并在生产过程中为铜卷提供机械支撑。矫直机：对来料铜卷进行机械矫直，为铣面加工做准备。切头剪：用以处理带头，来满足工艺和操作要求。夹送辊：是机列的速度基准，它的稳定工作是高质量完成铣面操作的基础，在机械上采用三台减速机同轴串联的方式，来保证三台夹送辊工作速度的完全一致。上、下铣刀：是铜带上、下表面的切削铣面设备，是主要的工艺处理设备之一，共同完成对铜带的铣削加工。该机列的铣面机采用日本生田公司设备，充分保证了机列的铣面质量。上、下刷子：对铣面后的铜带进行清洗、挤干，保证铜带的表面质量。卷取机：是对铣面后的成品重新进行卷绕的地方，使用三个弯曲辊使铣面后的铜带按一定的曲率半径卷绕成空心卷。整个机列的主要参数如下：1、来料宽度：300mm～470mm2、来料厚度：8mm～16mm3、来料卷材外径：Φ1000～1800mm4、来料卷材内径：Φ500～800mm5、来料卷材塔型度：≤±30mm（不含头尾各两圈）6、进给速度：7～12m/min，根据来料、材质变化。5、单面铣削量：1mm/道次（Max）6、成品外径：Φ1650mm（Max）7、速度控制精度：±0.2％（最高速度时）8、成品内径：Φ500～800mm9、成品外径：Φ1800mm（Max）10、表面粗糙度：Ra=3.2μm11、成品卷表面无檫、划伤及压屑等影响下道工序加工的缺陷。12、噪音值：≤85分贝（机列正常铣削，加防音罩）13、铣刀的正常使用寿命：≥15000m（每重磨一次）三、系统构成及控制原理铜带线外铣面机的电气控制系统构成如图所示，主要传动点矫直机、夹送辊、上、下铣刀、铣削量调整电机、卷取机都采用ABB公司的ACS600系列变频器控制，该系列变频器采用目前世界上最先进的控制算法之一—DTC直接转矩控制。直接转矩控制技术由德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi于1985年首先分别提出的。对于磁链圆形的直接转矩控制来说，其基本思想是在准确观测定子磁链的空间位置和大小并保持其幅值基本恒定以及准确计算负载转矩的条件下，通过控制电机的瞬时输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改变它对转子的瞬时转差率，达到直接控制电机输出的目的。直接转矩控制具有以下鲜明特点：1．不需要旋转坐标变换，在静止坐标系上控制转矩和磁链。2．采用砰-砰控制。3．DTC与脉宽调制PWM技术并用。4．转矩响应快。1995年ABB公司第一次将DTC技术应用到通用变频器上，推出采用DTC技术的IGBT脉宽调制变频器ACS600。DTC控制系统的着眼点是电压，而不象VC控制那样着眼于电流，可以获得比VC控制要快得多的转矩响应。由于本系统采用了使用DTC技术的ACS600系列变频器，极大地提高了系统的动态响应，取得了非常满意的控制效果。PLC系统采用西门子公司的S7-300系列产品，共有4个控制站，以CPU315-2DP作为主站，以两个ET200M、一个S7-200作为远程从站，组成Profibus-DP工业现场通讯总线结构。PLC主站安装在PLC控制柜中，从站安装在主操作台和卷取操作台中，他们之间通过Profibus-DP通讯电缆连接。各操作台上的操作开关、按钮、指示灯、数字显示仪表等就近接入本操作台内的PLC远程从站单元，通过Profibus-DP通讯电缆与PLC主站交换数据和接受控制指令。这种PLC控制结构是当前比较流行，并且可靠性极高的控制模式。它通讯速率高（可达12Mbps），抗干扰能力强，传输数据量大，可以节省很多现场导线，有效地减少了现场的接线安装工作量，大大降低故障率，便于用户的使用与维护，同时也降低了今后的维护成本。西门子公司的S7-300系列PLC属于模块化的结构，可以象搭积木一样方便的扩充各种控制模块和工作站，也可方便地将信息上传工业以太网。当前许多现代化工厂都在进行企业信息化工作，采集各种生产信息和设备使用信息，成为企业信息化的一个重要环节。因此西门子S7-300系列PLC的模块化结构，等于为今后的信息采集预留了扩展通道，若用户今后有这方面的需求，可以方便地在PLC主站的基础上安装网络接口，与工厂的计算机系统联网，进行生产线管理的各项工作。作为PROFIBUS-DP网络的主站，S7-315-2DP完成了控制系统中的大部分控制任务，包括所有的逻辑计算以及模拟量的输入、计算和输出、速度分配等。该控制系统由于辅助机械设备多、自动化要求高，I/O点数也较多，数字I/O达550余点，模拟量I/O近20点。作为辅助CPU，S7-200系列的PLC系统负责一些特殊的任务，象高速计数、操作台上的数字显示表控制等，使S7-315-2DP的任务得以减轻，也为将来使用脉冲编码器更精确地计算1#、3#卷取弯曲辊的位置或其他性能扩展做好了硬件准备。PROFIBUS DP现场总线系统的使用，不仅节约了成本。同时也大大缩短了施工、调试时间，加上我们的精心准备，在机械设备调试并不完全顺利的情况下，仅用一个月的时间就完成了调试工作，大大出乎日方的预料，为用户赢得了最大限度的经济利益。本机列的自动控制和联锁是控制的重中之重，带材经过开卷机、撵头辊、直头导板等开头后，就可以进入自动工作状态，机列在程序的控制下自动完成切头、切尾、铣刀的过头、过尾加减速、刷辊和清洗泵的起停、刷洗机挤干辊的升降、卷取机前导板的伸缩、卷取机弯曲辊升降、卷取完成后的停车等，同时也可以采用手动控制或者在某一段采用手动控制，操作方式较为灵活。即便是需要人工干预较多的上料过程，也可以说实现了半自动，即开头工作完成后，相关设备会自动回到初始位置，为下次上料做好准备。另外还有切削液自动加液配比程序、切削液管道自动吹扫程序、刷洗系统清水箱和污水箱液位自动控制程序、碎屑卸料阀上下缸自动控制程序等。除正常的故障指示外，还充分利用指示灯的闪烁等尽可能地区分故障类型、机列运行的不同阶段等，给操作、维护人员提供了丰富的信息。为了达到自动控制的目的，机列中大量使用了反射式光电开关来反映机列的工作状态。由于铣面后的铜带表面光洁度较高，对光线的反射能力大大提高，经常产生虚假信号打乱PLC程序的正常运行。我们更改了光电开关的安装位置，使光电开关和反光板的连线与铜带表面