剝鋅機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元(上)

      一、引言
      隨著有色金屬行業(yè)的重新規(guī)劃布局，作為中國(guó)鉛鋅冶煉著名企業(yè)的中金嶺南有色金屬有限公司在廣東韶關(guān)新建丹霞冶煉廠，向成為中國(guó)有色金屬中堅(jiān)企業(yè)邁進(jìn)。隨著社會(huì)發(fā)展，機(jī)械化、自動(dòng)化要求的提高，丹霞冶煉廠引進(jìn)盧森堡pw公司的多功能自動(dòng)行車兩臺(tái)、全自動(dòng)剝鋅機(jī)組和刷洗機(jī)兩臺(tái)、陽(yáng)極板清洗拍平機(jī)一套，并把帶有制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元的變頻系統(tǒng)全部機(jī)組整合到一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)，各個(gè)部分之間正常通訊實(shí)現(xiàn)各部分的協(xié)調(diào)和整個(gè)系統(tǒng)完全自動(dòng)化。 　　
 
      電解車間由鋁板作為陰極吸附溶液中的鋅離子成為金屬鋅，鉛板作為陽(yáng)極吸附溶液中的二氧化錳等添加劑成為陽(yáng)極泥。因此每隔一定周期需要將陰極板上的金屬鋅片剝離下來(lái)再經(jīng)過(guò)刷洗干凈后放入電解槽中，需要將陽(yáng)極板上吸附的陽(yáng)極泥清除干凈并進(jìn)行拍平。剝鋅系統(tǒng)由鏈條傳送帶、剝鋅單元、制動(dòng)單元、鋅片傳送單元、堆垛單元和堆垛傳送單元等部分組成。多功能自動(dòng)行車將一吊陰極板放置在鏈條傳送帶上，鏈條由兩個(gè)同步電機(jī)控制，每行走一步都將一塊陰極板傳送到剝鋅單元提升裝置處，然后電機(jī)帶動(dòng)提升裝置上升將陰極板提升到一定高度后用剝刀將鋅片剝離，鋅片剝離后掉入制動(dòng)單元中，制動(dòng)單元將剝離下的鋅片減速傳遞到鋅片傳送單元，鋅片傳送單元將鋅片傳送到堆垛單元，堆垛到指定塊數(shù)后由堆垛傳送單元運(yùn)送至指定地點(diǎn)由叉車運(yùn)走。
 
      二、制動(dòng)電阻的選用    
      制動(dòng)電阻是用于將電機(jī)的再生能量以熱能方式消耗的載體，它包括電阻阻值和功率容量?jī)蓚�(gè)重要的參數(shù)。通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：前者采用表面立式波紋有利于散熱減低寄生電感量，并選用高阻燃無(wú)機(jī)涂層，有效保護(hù)電阻絲不被老化，延長(zhǎng)使用壽命；后者電阻器耐氣候性、耐震動(dòng)性，優(yōu)于傳統(tǒng)瓷骨架電阻器，廣泛應(yīng)用于高要求惡劣工控環(huán)境使用，易緊密安裝、易附加散熱器，外型美觀。

      1、制動(dòng)過(guò)程      
      能耗制動(dòng)的過(guò)程如下：  
      A、當(dāng)電機(jī)在外力作用下減速、反轉(zhuǎn)時(shí)（包括被拖動(dòng)），電機(jī)即以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，能量反饋回直流回路，使母線電壓升高；
 
      B、當(dāng)直流電壓到達(dá)制動(dòng)單元開的狀態(tài)時(shí)，制動(dòng)單元的功率管導(dǎo)通，電流流過(guò)制動(dòng)電阻；
 
      C、制動(dòng)電阻消耗電能為熱能，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，母線電壓也降低；  
 
      D、母線電壓降至制動(dòng)單元要關(guān)斷的值，制動(dòng)單元的功率管截止，制動(dòng)電阻無(wú)電流流過(guò)；
 
      E、采樣母線電壓值，制動(dòng)單元重復(fù)ON/OFF過(guò)程，平衡母線電壓，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。

      2、安裝要求      
      制動(dòng)單元與變頻器之間，以及制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻電阻之間的配線距離要盡可能短（線長(zhǎng)在2m以下），導(dǎo)線要足夠粗；     
    
      制動(dòng)單元在工作時(shí)，制動(dòng)電阻將大量發(fā)熱，應(yīng)此要充分注意散熱，并使用耐熱導(dǎo)線，導(dǎo)線請(qǐng)勿觸及制動(dòng)電阻；     
   
      制動(dòng)電阻應(yīng)使用絕緣擋片固定牢固，安裝位置要確保良好散熱，建議制動(dòng)電阻安裝在電控柜頂部。

      三、控制系統(tǒng)的構(gòu)成及完成的功能
      1、控制系統(tǒng)的構(gòu)成 　　
      自動(dòng)剝鋅機(jī)采用西門子公司推出的驅(qū)動(dòng)控制器sinamics s120，集v/f控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有模塊化的設(shè)計(jì)。各模塊間通過(guò)高速驅(qū)動(dòng)通訊接口drive-cliq相互連接。 　　
   
      剝鋅機(jī)硬件組態(tài)圖如圖1所示。plc采用cpu 319-3 pn/dp，其具有三個(gè)接口，mpi/dp接口用于連接分布式i/o，dp(drive)接口用于連接驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)，pn-io接口用于連接工業(yè)以太網(wǎng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用sinamics s120配置方案，使用profibus dp作為通訊網(wǎng)絡(luò)連接各部分。圖1中組態(tài)有5套sinamics s120分成三組，包括兩臺(tái)剝鋅機(jī)，一臺(tái)刷洗機(jī)、l1_p1和l1_p2驅(qū)動(dòng)1號(hào)剝鋅機(jī)9個(gè)軸、l2_p2和l2_p2驅(qū)動(dòng)2號(hào)剝鋅機(jī)9個(gè)軸、l3_s1驅(qū)動(dòng)刷洗機(jī)3個(gè)軸。l1_p1驅(qū)動(dòng)4個(gè)矢量軸，分別控制剝鋅提升電機(jī)，堆垛電機(jī)、鋅片傳送單元電機(jī)和堆垛傳送電機(jī)。l1_p2驅(qū)動(dòng)5個(gè)v/f軸，分別控制鏈條傳送電機(jī)，2個(gè)制動(dòng)單元、1號(hào)皮帶傳送電機(jī)和2號(hào)皮帶傳送電機(jī)。l2_p1和l2_p2功能和l1_p1，l1_p2一樣。l3_s1驅(qū)動(dòng)兩個(gè)矢量軸控制兩個(gè)提升電機(jī)，1個(gè)v/f軸控制鏈條傳送電機(jī)。

                                                                     圖1 剝鋅機(jī)硬件組態(tài)圖
   
      2、控制系統(tǒng)完成的功能 　　
      本節(jié)主要介紹plc與sinamics s120的通訊和控制系統(tǒng)完成的功能，如提升電機(jī)帶一個(gè)位置編碼器的速度控制、剝鋅機(jī)和刷洗機(jī)鏈條的位置控制和制動(dòng)輪胎與傳送皮帶之間的速度同步控制。    
    
      （1）采用帶一個(gè)位置編碼器的速度控制 　　
      剝鋅機(jī)、刷洗機(jī)提升電機(jī)其提升過(guò)程主要分為兩步：從低位提升到中間位，停止后閉合剝刀，之后再?gòu)闹虚g位提升到高位，鋅片剝離后先從高位下降到中間位，再回到低位，因此需要對(duì)速度進(jìn)行控制。本項(xiàng)目采用帶一個(gè)位置編碼器的速度控制，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下。 　　
 
      位置編碼器安裝在提升電機(jī)低速端，通過(guò)smc30連接到s120中，再將編碼器實(shí)際位置值通過(guò)狀態(tài)字gn_xact1傳送到用戶程序。通過(guò)以下方式達(dá)到控制輸出速度的目的。　　構(gòu)建位置及速度運(yùn)算功能塊fb30及其背景數(shù)據(jù)塊db118。背景數(shù)據(jù)塊中主要變量描述如下： 　　　      measure_position：由編碼器傳送到用戶程序的當(dāng)前位置值；
      set_position：設(shè)定位置值，即此次運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)位置值； 　　　　
      error_position：當(dāng)前位置值和設(shè)定位置值之間的差數(shù)； 　　　　
      gain：此次定位運(yùn)動(dòng)的加速度或減速度值； 　　　　
      inertia_stopping：不同電機(jī)有不同機(jī)械特性，因此停止時(shí)由于慣性可能導(dǎo)致位置誤差； 　　　　
      output_speed：輸出設(shè)定速度； 　　　　
      error_validation_inertia：誤差允許值和慣性數(shù)值之和。 　　
      以剝鋅機(jī)提升電機(jī)為例，當(dāng)設(shè)定從低位運(yùn)動(dòng)到中間位時(shí)，將中間位具體數(shù)值傳送給設(shè)定位置值。設(shè)總誤差值： 　
      error_validation_inertia= | set_ position－measure_ position|，則輸出速度output_ speed= 。每 個(gè)區(qū)間、手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)均設(shè)定最大速度值output_max_ speed和最小速度值output_ min_speed。gain類似于加（減）速度，其具體數(shù)值根據(jù)各區(qū)間最大速度值及其它因素而定，gain越大，加（減）速度越大。輸出設(shè)定速度output_speed運(yùn)算結(jié)束后傳遞給db116.dbd24，再寫入對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)的速度設(shè)定字中。 　　

      用戶程序通過(guò)報(bào)文獲得編碼器的狀態(tài)字gn_zsw及編碼器實(shí)際位置值gn_xact1，同時(shí)用戶程序向編碼器發(fā)送一個(gè)字長(zhǎng)的控制字gn_stw。本項(xiàng)目編碼器回零方式為直接設(shè)定參考點(diǎn)：提升裝置設(shè)定有低位檢測(cè)開關(guān)，此低位檢測(cè)開關(guān)同時(shí)也是編碼器的零位標(biāo)志。

      當(dāng)出現(xiàn)初始位置不好，或者提升裝置撞到低位或高位安全限位需要重新使編碼器回零時(shí)，同時(shí)按住控制面板“啟動(dòng)”和“停止”按鈕10s后進(jìn)入編碼器回零順序步。以初始位置不好為例，進(jìn)入回零順序步后首先以低速向上運(yùn)動(dòng)5s，如果低位檢測(cè)開關(guān)沒(méi)有激活，則向下運(yùn)動(dòng)直到低位檢測(cè)開關(guān)被激活為止。當(dāng)?shù)臀粰z測(cè)開關(guān)被激活后，將發(fā)送給驅(qū)動(dòng)的編碼器控制字gn_stw相應(yīng)位置1，編碼器值變成0，從而達(dá)到編碼器回零的目的。