6ES7241-1AA22-0XA0品质好货

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总结多年窄带钢冷连轧机电控装置的设计生产经验，选择不可逆全数字直流控制装置和S7-200系列小型PLC为控制设计的冷连轧机电气控制系统，实现了机列的速度级联控制和张力闭环控制。

1、系统技术性能参数：
机列速度：0-240米/分钟、速度控制精度：0.5%、机架间张力：2000-40000N、卷取张力：2000-30000N、张力控制精度：±500N、带钢大宽度：300mm、成品厚度：0.5mm
2、 机组情况
四机架冷连轧机是由开卷箱、1-4#四辊冷轧机和卷取机等主要机械设备组成，全线没有活套机构，在机架间设有张力计，末机架的出口有一台测厚仪，每个机架为立的直流传动系统，均为工作辊传动，辊缝按工艺人工摆放，压下控制是无触点交流电动压下，卷取机也是直流传动系统，选用一块可以完成卷径计算和卷取张力控制的工艺控制插板。
3、 电气系统
直流电机的直流驱动单元采用的是C.T公司的MER--Ⅱ系列单象限全数字直流控制装置及磁场控制模块FXM5，采用磁场换向的控制方式，满足反向工作的要求；卷取机选用了MD29工艺模板进行卷径计算和卷取张力的控制作为控制的PLC，选择的是SIEMENS公司SIMATIC系列的S7-200。
4、系统的控制功能
窄带钢冷连轧机的电气控制系统可以实现：机列的逻辑控制、直流传动控制、速度级联控制、机架间张力闭环控制和卷取张力控制。
5、速度级联控制
6、 卷取机张力控制
卷取机的张力控制由直流装置MER-Ⅱ加插MD-29控制模板来完成，MD29的"卷取"控制功能，可以使卷取机以恒张力的卷取特性工作。MD29的"卷取"控制具有卷径计算、磁通补偿、惯性补偿、摩擦损耗补偿、断带保护等功能，可作为标准应用。立的卷取张力给定，线速度信号由末尾机架的直流装置提供。
7、系统特点
A、 张力的投入是在穿带过程中自动进行，整个轧制过程中实现了张力自动闭环工作，保证了产品的质量和成品率；
B、 PLC对模拟量输入进行滤波，实现3个张力PID回路的全数字控制，主程序的循环时间不到25mS，保证了控制系统响应的快速性和稳定性；
C、 PLC速度级联控制配合全数字直流装置控制，保了机列的速度精度和设备的稳定性及性；
D、 性能价格比高的电气配置，既适应了生产工艺要求，又降低了设备的成本，同时设备的性、无故障率得以很大提高。

1前言
目前，常规供暖设备有燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、电热水锅炉等。燃煤锅炉效率低，对环境污染严重；燃油或燃气锅炉虽然污染较小，但运行费用较高；电热水锅炉属于设备，但运行费用仍然很高，不能满足用户的廉价要求。新近发展的自储能电锅炉蓄热技术以电为消耗能源，通过电锅炉将电能转化为热能，蓄热水箱储存热能并在需要时释放。该技术不仅对环境没有污染，而且是利用电网谷值（夜间）加热储热介质，平段和高峰时段不用电，或在平段时少用电。大多电力公司在谷值时段都推出优惠电价，从而大大降低了供暖费用，并且对供电系统起到了很好的“削峰添谷”的作用，具有很大的节能效益。因此，它是目前的发展方向，在新建和改造供暖设备中具备很大的推广。
2 系统介绍
自储能电锅炉主要由电加热器、储热箱、可控式热管、取热管、取热加热控制器、水温调节器以及若干管道、阀门等构成。其工作原理是以储热箱为主体，其中有若干个电加热器，用于加热储热箱储热。为了从储热箱中取出热量，利用可控式环行热管原理，构成一个取热循环系统，由热交换器、水泵、管网等构成，与常规的供热系统基本相同。另外，还有一个供热外循环系统，由气液热交换器、液液热交换器、水泵和供暖网管等组成。在取热过程中，取热管的作用是使进入管中的液体工质蒸发，从而带走贮热箱中贮存的热量，送入气液热交换器中，由气液热交换器把热量交换给供暖外循环系统。此后，气体工质进入冷凝器冷凝成液体，由外循环泵送回取热管。取热控制器的作用是控制取热管阀门的大小，从而控制取热量的多少，供热外循环系统和常规的供暖系统基本相同。在这套系统中，我们采用HOLLiAS-LEC G3作为自储能电锅炉的控制系统，担负着整个系统的加热、取热控制，并且对取热温度和外界温度进行监控。控制的功能主要分为以下四个方面：
1. 加热贮能：由控制器实现锅炉在电网高峰时段不用电，在平电时段有条件用电，低谷时段加热、储存能量；并且实现再启动加热的控制，对加热限温以防止温，提高系统运行的经济性和性。
2. 取热供暖：PLC可以采取两种方式控制供暖，种方式为分时段调节出口温度以达到供暖要求，二种方式是在分时段调节出口温度的基础上再加上环境温度调节以好地满足供暖要求。
3. 温度监控：温度变送器对加热炉、出口水温进行实时采样，将炉温和出口水温实时传递给控制系统，控制系统根据采样的温度进行实时处理，提高锅炉运行的性、性。
4. 故障报警处理：系统具有运行故障报警或温限报警等功能，报警时控制系统会提示操作人员，方便于工作人员及时排除故障。
3 控制系统硬件配置
自储能电锅炉控制系统采用和利时公司的HOLLiAS-LEC G3系列小型一体化PLC，G3系列PLC具有良好的扩展性能和较高的稳定性，并且具备丰富的指令系统。该系统使用1个24点CPU模块LM3107、1个4输入4输出的开关量扩展模块LM3231、3个4通道热电偶扩展模块LM3311和1个4通道热电阻扩展模块LM3312。热电偶与热电阻模块采集温度信号，经过处理后送入CPU模块。PLC的输出部分有报与中间继电器，触摸屏与LM3107通过RS232口采用Modbus协议连接，线圈部分均有灭弧装置。该系统具备自动、手动控制方式，并可以通过触摸屏进行控制，简洁明了。

控制系统软件部分由加热控制、取热控制和状态监测三部分组成。
加热程序执行时，读取PLC硬件实时时钟，判定当前在谷电、峰电还是平电时段。若在谷电时段，则判断储热箱是否储满能量。如果已满则不加热，否则进行加热。若在峰电时段，则不进行加热。若在平电时段，则判断储热箱内的能量是否即将耗完，如果设定值则进行加热，否则停止。
取热程序执行时，将外部扩展模块读入的各个温度值与设定值进行比较，从而控制取热阀的开度。
状态检测程序执行时，当有温度值过高或者过低等故障发生时，PLC会采取相应的报警措施，并转入相应的处理程序。

5 结束语
本文提出的自储能电锅炉控制系统具有以下优点：
1. PLC运行、编程简单，一套PLC即可实现自储能电锅炉加热、储能、取热的控制，并且对炉温和出口水温进行实时监控。
2. LM3311、LM3312温度模块直接采集工业现场的温度信号，不需要温度变送器，信号直接进入PLC进行处理，度高，使用方便。
3. 适应现代工厂自动化对系统开放性和互联性的需要，和利时的小型一体化PLC具备强大的网络通信功能，可以通过DP网络或者Modem进行远程监控，具备可升级性。

经过一段时间的调试和试运行，HOLLiAS-LEC G3系列PLC为控制系统的解决方案已成功应用于自储能电锅炉设备，运行稳定、操作简单，并且系统的性、经济性都有很大的提高。

目前国内制版厂家较多，如上海运城，南方制版、三门峡蓝雪等厂家生产的电雕版均已达到水平。

    5、纸张的选择。

    凹版预印的承印材料一定要使用表面平滑度好，印刷适应性强，含水份稳定（6%-7%）的涂布白面纸。进口涂布牛卡和国产灰底白板能满色瓦楞纸箱面纸的配纸要求。芬兰M—REAL林业公司以生产卫生标准很高的涂布纸世界，185g的涂布纸已经在国内预印机上普遍使用，纸张的定量范围为150g-350g/m2，美国Mead纸业一直使用500克原木浆涂布牛卡纸凹版印刷纸盒和听装啤酒手提纸箱，强度过了瓦楞纸箱。

    四、常见问题与解决方案

    纸箱预印常见的问题有以下几种，解决方案大致如下：

    1、起皱：高克重预印纸卷张力大约50kg，比薄膜（10kg）和薄纸（25kg）难控制，水份不均和厚薄不匀时，大的张力变化会造成纸张横向摆动，形成印品表面折皱。纸凹机加装预热装置有助于减少水份丢失引起的张力变化（水份过低则安装增湿器）；如果增设调偏展平辊，则有助于纸卷走料时尽量平展，摆动减少。

    2、油墨拉花：除采用提到的耐温油墨和光油外，新气垫式加热板热传导控制系统可降低纸板经过热端时的受热温度和受力强度。其工艺是加热板与纸板之间的间隙处设置了空气喷放通道,可在瞬间喷出空气,形成气膜托起纸板,避免纸板受热受压过度而产生的划痕、拉墨等缺陷。

    3、露白：主要因为纸卷表面粉尘和油墨堵版所致，在实地印刷组分别安装除尘和防爆式静电吸墨装置可分别吹风吸尘、改善着墨效果，减少网点丢失现象。

    4、螺旋式收卷：预印用凹版印应采用闭环控制系统，确保收放张力锥度控制。

    5、收边不齐：断面收边不齐，可增加备压辊（收料胶辊），把空气从纸卷中赶出来，表面静电，纸卷收料牵引时贴紧辊装置，减少收边摆动。

    安装PLC电脑纠偏装置也有助于缓解收边不齐，解决收边不齐的另一办法是离线复卷。

    6、纸卷搭接：印刷过程中如果纸卷搭接不当会造成停机怠工，同时影响印品的一致性。可采用零数对接方式接纸，不中断印刷过程

    3、可以进行大幅面多色的彩色印刷。传统的彩色胶印大幅面一般可达1.2m×0.9m（大全张），且多为四色印刷，纸箱预印用机组式凹版印大印料幅宽为2.5米（陕西北人印机公司目前已经生产多种规格的预印机，包括1300mm、1650mm、1800mm、2000mm、2200mm、2500mm，且运行良好），印刷色数可达到4-10色组，同时还可以进行金墨、银墨等特殊油墨的印刷。

    4、适合大批量的长版印刷。预印用版均采用的是钢制镀铬电雕凹版，耐印次数为300万-400万印，减小了换版时间，特别适合大批量长版活的印刷。

    5、生产的瓦楞纸箱强度高。由于预印用生产瓦楞纸箱是在生产线上完成的，在制作时有一定的加热成型时间，终生产的瓦楞纸箱强度高，且可以避免贴面机生产时产生的涂胶不匀、纸箱起筋，纸板翘曲等现象。

    三、纸箱预印的生产设备与工艺

    1、纸箱预印用的主要设备是大型机组式凹版印，其辅助设备是瓦楞纸生产线电脑控制横切与纵切。预印后的面纸装在瓦楞纸板线的挂面工位上，经过施胶、贴面、压平、烘干、裁切等工序，后制成彩色纸板，经模切、粘箱等后道加工工序完成纸箱制作。

    2、纸箱预印对瓦楞纸板线的要求。

    凹版印刷纸箱预印生产线的重要配置是瓦楞纸板生产线上的电脑横切，即在瓦楞纸板生产线横切上加装识别横切控制功能，它的主要控制原理是由光电眼识别瓦楞纸板的印刷图案上的横切标识，将横切标识到达光电眼的时刻传送给控制电脑，再由控制电脑控制横切的时间，从而在图案的分界处准确切断瓦楞纸板。目前国内外横切机生产厂家都能为纸箱厂安装这一功能，横切精度可控制在0.5mm以内，目前我国现生产的瓦楞纸板生产线均可根据客户要求安装电脑横切装置。

    3、油墨与光油的选择。

    预印的凹版印所采用的油墨主要以醇溶性油墨为主或水性纸张凹印油墨。

    预印生产的纸在瓦楞纸生产线上进行压平和烘干工序时，要求使用的油墨耐高温耐摩擦性好，否则彩面会被拉花或拖墨现象。目前天津东洋油墨厂生产的“”牌油墨能满足水性纸张凹版印刷，其，符合国家环保要求。山西精华科工贸生产的凹版纸箱预印油墨是以纤维素为基料，主要溶剂为醇和酯与水性油墨和胶印油墨相比，此种油墨色泽鲜艳，光泽度高擦，耐180℃-250℃高温，印刷适应性好，印刷图案清晰，色彩表现细腻等，同时对大多数的印品表面具有优良的附着力。上光油国内部分厂家采用美国Cprecision&InTechnology公司的耐高温光油，部分国产也被广泛采用，效果也很好。

    4、印版的选择。

    预印的印版采用钢制的镀铬电雕凹版，凹版的网线数可达300线以上，可适合实地版印刷和色调过渡的网点层次版印刷，只是纸张印刷的凹版比一般塑料印刷的凹版在雕刻时网穴雕的深些，凹版制版的价格已经从0.7元/cm2降至0.35元/cm2左右，接近于柔版，而凹版的印数是柔版的3-4倍，可达300万-400万印，上光辊可使用固定线数的网线辊，采用无轴传动。

   凹版印刷纸箱预印就是将瓦楞纸箱在做成瓦楞纸板之前预先采用凹版印刷技术在宽幅卷筒纸（纸箱面纸）上预先印刷好所需的精美图案，然后将卷筒状印刷好的面纸再到瓦楞纸板生产线做成瓦楞箱板，再用模切机模切压痕成箱型。

    目前，在上欧美等一些发达国家瓦楞纸箱总产量的30%均采用预印新技术，随着我国纸制品包装的高速发展，近年来，很多厂家如蒙牛、百威、青岛啤酒等已将目光投向预印新技术。随着饮料、啤酒、家电和食品等产品包装在瓦楞纸箱的设计和用量上的稳定，用卷筒纸预印方式生产彩色瓦楞纸箱将成为未来包装业发展的趋势。

    一、筒纸预印与平版胶印印刷生产纸箱的区别

    目前，国内绝大多数彩色纸箱采用的是平张纸胶印预印方式，其工艺流程为：将卷筒纸切成单张纸→胶印机印张面纸→同时单面机辊制二层瓦楞纸板→面纸和单面瓦楞纸板在贴面上裱背或贴面机贴面→模切压痕成型→钉箱/粘箱。

    卷筒纸凹版印刷预印技术的工艺流程为：凹版印印刷面层纸卷→纸板线生产裁切成三层（或五层）纸板→模切压痕成型→钉箱/粘箱。

    为什么需要凹版预印呢？主要原因有二，其一是凹印能够轻松地提供高质量的彩色印品；其二是电子雕版技术使金属版辊的制作周期和成本大幅度下降，接近甚至柔版。而且国内陕西北人已生产出高速宽幅纸凹机，价格只及进口柔版印的三分之一，采用凹版预印方式可能适合我国包装企业的实情。

    相比较而言，人们将以往常用的印刷工艺称为“后印刷”，预印刷与后印刷相比具有一些明显的优点：

    1、可获得高的印刷质量，适应性广。预印刷采用凹版印或柔版在平滑的纸张表面印刷，与后印刷采用印刷开槽机在凹凸不平的纸板表面进行印刷相比，可以进行层次丰富、色彩鲜艳的精美彩色印刷，而且印刷质量也会稳定。

    2、可使瓦楞纸板获得强度，由于预印刷不用在纸板成型后对其压印，可避免造成瓦楞变形和纸板强度减弱。采用瓦楞纸板印刷开槽机后印刷，由于每一色印刷都会使瓦楞纸板产生或多或少的变形，而且色数越多，对瓦楞纸板的变形影响会越大。

    3、生产效，便于生产管理，废品率低等。预印已经成为瓦楞纸板印刷的一个重要趋势，特别是纸箱（包括大型和异型纸箱）的印刷。

    二、采用凹版印刷纸箱预印这种生产方式的特点

    1、生产效。凹版印刷卷筒纸印刷速度达150-200米/分钟，基本上与国内众多瓦楞纸板生产线相配，比传统平张纸的胶印和贴面裱瓦等工序短，人工，效。

    2、凹版印刷预印生产的彩色纸箱可以得到的水墨印刷品，由于凹版印刷套印精度高，不大于0.2mm，凹版印刷还可以将印刷和涂光油一次完成，一般凹版印刷后的印刷品网线可达300线，凹印的上墨量比其它印刷方式大，可达4.5-6g/m2，印品墨色饱满、柔和、鲜艳、牢固，且凹版印刷后每色有充分的烘干系统，所以在选用表面平滑度较高的纸张进行印刷的前提下，凹版印刷可得到很高的水墨印刷品质。

磨槽机的结构

工作台料斗结构

图1 工作台料斗结构示意图

工作台料斗的作用是装夹毛坯和实现自动上下料,并使其形成螺旋线运动。自动上下料是设计的难点,具体结构设计时参照了加工自动换装置。结构设计示意如图1所示,主轴安放在工作台上,工作台安装在矩形贴塑导轨上。由步进电机1通过挠性膜片联轴器连接滚珠丝杠副,驱动工作台直线运动。步进电机2通过同步齿形带驱动主轴转动。步进电机1与步进电机2协调运动,可形成任意导程的螺旋线。步进电机4与齿轮齿条(针)机构结合,可适应不同的钻头长度。具体的装夹过程如下：

步进电机1工作力矩很大,带动主轴后退至固定挡块处,再继续向后,将已处于压缩状态的碟形弹簧继续压缩至适当变形,导致弹簧夹头打开。

加工1个工件时,料斗中的毛坯在自身重力作用下,落于毛坯导管引导槽中。步进电机4通过齿轮齿条驱动针推动毛坯至加工位置,然后并不退回图1所示针位置,而是在图1所示毛坯位置。其后的装夹,针先将加工后的工件推出,然后退回图1所示针位置,再推动下一个毛坯。弹簧夹头夹紧长度为10mm。钻头直径为Ø1～3mm,为保证上下料动作,料斗引导部分设计成可调。

主轴前移,与固定挡块脱离,碟形弹簧的弹力可使弹簧夹头夹紧毛坯,上料、夹紧动作完成。

图2 砂轮架示意图




砂轮架结构砂轮架结构的作用主要是安装砂轮,实现对麻花钻螺旋槽的磨削,由异步电机、平台、砂轮支架、滚珠丝杠副等组成,其示意图见图2。工作时,砂轮由异步电机通过V带传动,功率约1kW,靠异步电机的自重张紧V带轮。规定麻花钻的螺旋槽底在轴向有一定锥度,要求在磨削中砂轮切深要有变化,这由步进电机3通过挠性膜片联轴器连接滚珠丝杠副,使砂轮上下微动(设有平衡重,未画出)实现砂轮切深的变化。砂轮支架上的垂直导轨上贴有塑料。如图2a所示,砂轮面与毛坯轴线有一夹角,即为钻头加工后的螺旋角b。不同规格麻花钻的螺旋角并不相同,因此,设计时,将砂轮支架以上作为砂轮架整体放置于图2所示平台上,使砂轮磨削面与毛坯轴线的夹角b可手工调节。工作台料斗结构与砂轮架结构在制造时是彼此立的,所以在装配时需仔细调整相互位置关系。

磨槽机的加工过程

主轴进至磨削位置,螺旋槽的根部正处于支架(见图1),与砂轮对齐。磨削时,应从螺旋槽的根部向麻花钻部磨削,使细长毛坯承受拉力。

砂轮落下,接触毛坯,开始磨削。步进电机1、2、3协调动作,步进电机1、2使毛坯向后作螺旋线运动,步进电机3控制砂轮向下微动。终,麻花钻的1条螺旋槽磨削完毕。

砂轮抬起,主轴再次前进至磨削位置,再由步进电机2控制,转动180°,以便磨削另一螺旋槽。

重复过程2。

砂轮抬起,重复前述毛坯装夹过程。