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    熱軋板卷系在終軋溫度800～900℃高溫下經受熱軋，因此，在帶鋼表面生成大量氧化鐵皮。如果不經過清洗而直接進入到冷軋，則：軋制時會將氧化鐵皮壓入帶鋼基體，影響冷軋板表面質量及加工性能；氧化鐵皮破碎后進入冷卻潤滑的乳化液系統，損壞設備并縮短乳化液使用壽命；損壞軋輥。

    為除去這種氧化鐵皮，通常采用機械法和化學法相結合的方法。所謂機械法是采用除鱗機進行彎曲加工使氧化鐵皮中發生龜裂，容易和酸接觸而除掉氧化鐵皮的方法。所謂化學法是使氧化鐵皮和酸發生反應而除去氧化鐵皮（FeO、Fe3O4、Fe2O3）的方法。所使用的酸通常是硫酸或鹽酸。鹽酸和硫酸相比較，具有與氧化鐵皮反應快、生成的鐵鹽在鹽酸中溶解度大等優點，因此，可加快酸洗線的速度，提高了生產效率。

    酸洗是冷軋帶鋼生產工藝中非常重要的工藝，除了清除帶鋼表面的氧化鐵以外，還具備調節卷重，剪去裂邊的作用，為軋機提供合格的坯料，以保證冷軋機能順利的生產出合格的帶鋼產品。常用酸洗線分推拉式酸洗線和連續式酸洗線兩種。

酸洗前后

    山東某地是廚具之鄉，使用了大量的彩鋼板。而經過熱熱軋后的鋼帶，需要經過酸洗，冷軋，鍍鋅，噴涂，最終才能成為彩鋼板使用。某生產廠一直具備冷軋，鍍鋅，噴涂的生產能力，而酸洗的工藝一般都是在其他廠家完成的。為了完善整個生產工藝，此次也決定增加一條酸洗線。考慮到臺達產品較高的性價比以及及時高效的技術支援，于是在此條酸洗線設備上，選用了臺達的產品。

    此條生產線設計最高線速度為50m/min，加工鋼帶的規格是：3mm×1010mm，重量為17噸。

    1 工藝介紹

圖1 酸洗線

    酸洗線由入口段、工藝段（化學處理段）、出口段三部分組成。

    入口段：入口段的主要作用是將帶鋼開卷、穿帶輸送到工藝段、出口段。上圖中放卷，矯直部分都屬于入口段的傳動部分；

    工藝段（化學處理段）：工藝段由預清洗段、酸洗段及漂洗段組成。上圖中擠干部分屬于工藝段的傳動部分。

    出口段：上圖中夾送，糾偏，切邊，廢邊卷曲，張力棍，收卷部分都屬于出口段的傳動部分。

    2 2 控制系統分析

    本生產線主控系統是西門子S7-300，主要完成酸洗線各工藝功能的控制。

    此條生產線的電氣傳動部分由多個單元組成，各單元之間必須保證速度同步，另外，在卷曲部分必須保證帶材有合適的張力，以保證產品的質量。

    酸洗線的電機一般有兩種控制方式，速度控制方式和轉矩控制方式。為了保證速度的同步性和有效張力，此條生產線中放卷部分，擠干部分， 廢邊卷曲部分以及收卷部分，我們采用了轉矩控制方式；而矯直部分，夾送部分，糾偏部分，切邊部分，張力棍部分，我們采用了速度控制方式。

    為了保證速度控制方式下的同步性，本設備是通過高速總線Profi-bus通訊來實現。Profi-bus總線通訊的方式是采用數字量來完成與變頻器之間的溝通，頻率命令的精度可達到0.01Hz；高達1M的通訊速率，保證多個傳動點之間頻率命令的同步到達，同時也能夠對變頻器的工作狀態，例如輸出頻率，輸出電流等進行實時對比監控，當出現不同步（輸出電流異常）時，能夠快速進行調整，當出現電機堵轉時，能夠盡快報警通知，避免出現機械上的損傷。同時變頻器使用閉環控制，保證控制電機的速度精度能夠達到0.1%，更利于快速調整和微調。

    在轉矩控制方式下，對于收卷和放卷部分，需要通過PLC對電機卷徑進行實時計算，保證張力的恒定和穩定；對于擠干部分，則透過對轉矩控制方式下的速度限制，始終保證多臺擠干電機出力一致，避免出現某臺電機電流偏大或者某臺電機電流偏小的現象。

   3 臺達C2000變頻器的特點

    V/F控制、無感測向量控制、FOC＋PG、轉矩控制；同步電機和異步電機驅動一體化；全系列導入LCD面板，選配LED；內建高速總線接口如CANopen及MODBUS；內建各種行業功能；長壽命設計于重要零件壽命偵測；獨立風道的設計，PCB防護加強環境的適應性；全球安規兼容性CE、UL、cUL；30kW以下內置剎車單元；速度控制、位置控制、轉矩控制；具備三個擴展槽：I/O、通訊口、PG卡；多種總線控制方式；標配RS485,接口方式 RJ45、SG端子；共直流母線；電機熱保護；模塊化設計，可拆卸的風扇、控制端子。 

    4 C2000的速度控制模式和轉矩控制模式

圖2 FOCPG模式（速度閉環矢量模式）控制框圖


圖3 TQCPG模式（閉環轉矩控制模式）控制框圖

    5 電氣系統框圖

圖4 電氣系統框圖

    該系統采用西門子的PLC作為總控，要做到PLC與眾多變頻器及時快速的信息交換，我們采用了Profibus總線的方式。臺達變頻器通過選配CMC-PD01高速通訊卡的方式，能夠兼容到Profibus總線網絡中。采用了PD總線的控制方式，接線上非常方便（現場變頻器端子上沒有任何控制線，只有一根通訊線），排除故障也變得更加容易。在實際使用中，我們考慮到通訊的及時性以及穩定性（抗干擾性），選用了1M的通訊速率來進行工作，實驗證明，效果非常好。

    考慮到在整條生產線的運行過程中，某些傳動點會一直處于發電運行的狀態，例如放卷機構；某些傳動點會在電動和發電運行狀態下不停的切換，例如糾偏機構，于是我們采用了共直流母線的方式，從而保證多臺變頻器之間能量的互補，既節約了選配剎車電阻和剎車單元的費用，也使得消耗到電阻上的多余能量能夠提供給其他變頻器使用，從而更加節能環保。實驗證明，在穿帶的模式下一般傳動點都是處于電動狀態，而在正常聯動運行中，矯直輥，張力棍和夾送棍始終處于發電狀態。采用了共直流母線方式以后，安裝在母線上的制動單元和制動電阻基本上沒有工作，母線電壓也非常穩定，這也就是說明發電狀態產生的能量被其他電動環節的變頻器使用掉了，沒有多余的能量被白白消耗掉。

6 現場布置圖

圖5 現場布置圖

從上面的現場布置圖，我們可以了解到，電控部分（變頻器、PLC）和控制部分（電機）之間的距離是比較遠的，最遠的電機（收卷電機與收卷變頻器）估計達到了150m。考慮到電控室內部變頻器較多，變頻器與電機之間距離較遠的現狀，我們在每臺變頻器的輸入端和輸出端，都配置了三相交流電抗器，從而保證變頻器之間不互相干擾，變頻器不干擾到PLC，變頻器輸出端的波形不發生明顯畸變。

    7 參數表

    8 溫控器

    在此生產線的使用過程，還有一個關鍵的工藝：就是需要對酸洗液溫度的控制。我們為客戶選定了臺達DTB型溫控器。臺達DTB溫控器具備四種控制輸出模式：繼電器輸出，電壓脈沖輸出（直流14V），電流輸出以及模擬量電壓輸出；并采用雙回路輸出控制，可于控溫系統中加熱和冷卻控制，達到系統快速反應到達設定溫度之要求；內建485通訊模組，支持ASCII和RTU兩種通訊協議。

圖6 臺達DTB型溫控器

    9 人機顯示界面

    由于此生產線比較長，所以在首尾各有一個操作臺，每個操作臺上各安裝一個觸摸屏。在觸摸屏上，我們可以很清楚的查看每臺變頻器的工作狀態，以及修改每臺變頻器的同步速度，使操作者感覺到非常的方便實用。

圖7 人機界面顯示圖

10 現場故障與處理

    在酸洗線前期調試過程中，經常會遇到變頻器出現PGF*或者OC的報警。從C2000手冊故障處理部分查看，我們就很快能夠分析查找問題點。

圖8 C2000手冊故障處理部分

      11 結束語

    經過測試，此生產線最高線速度能夠運行到55m/min，高于設計時50m/min的線速度。經過幾個月的運行生產，系統穩定，操作方便，達到客戶生產要求。