在采用CO保護(hù)氣的特種鋼帶生產(chǎn)線上，普通伺服電機(jī)無法直接滿足危險(xiǎn)環(huán)境下的安全使用要求。該項(xiàng)目采用防爆伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)缸，根據(jù)糾偏傳感器的反饋調(diào)整鋼帶位置，在滿足IIB T4防爆要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)鋼帶調(diào)偏機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控制和精確定位。
一、項(xiàng)目背景
特種鋼帶在連續(xù)輸送、軋制或熱處理過程中，可能因?yàn)閺埩ψ兓⑤佂财?、材料厚度不均及設(shè)備振動(dòng)出現(xiàn)橫向跑偏。
如果鋼帶偏移不能及時(shí)糾正，可能引起收卷不齊、邊緣磨損、產(chǎn)品尺寸偏差，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成停機(jī)。因此，生產(chǎn)線需要通過糾偏傳感器、伺服系統(tǒng)和電動(dòng)缸組成閉環(huán)調(diào)偏機(jī)構(gòu)，對(duì)鋼帶位置進(jìn)行連續(xù)檢測和動(dòng)態(tài)修正。
本項(xiàng)目生產(chǎn)區(qū)域使用CO保護(hù)氣，現(xiàn)場提出IIB T4防爆要求，電機(jī)不僅需要具備位置控制能力，還必須根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域劃分和介質(zhì)條件選擇具有對(duì)應(yīng)認(rèn)證范圍的防爆產(chǎn)品。
防爆伺服電機(jī)在特種鋼帶生產(chǎn)線上的應(yīng)用
二、特種鋼帶調(diào)偏面臨哪些難點(diǎn)？
1. CO保護(hù)氣帶來防爆要求
一氧化碳具有可燃性和毒性。實(shí)際選型時(shí)，不能只寫“IIB T4”，還應(yīng)確認(rèn)危險(xiǎn)區(qū)域、氣體組別、溫度組別、設(shè)備保護(hù)級(jí)別以及完整防爆標(biāo)志。
IIB表示相應(yīng)的爆炸性氣體組別，T4表示設(shè)備允許的最高表面溫度等級(jí)。最終配置必須以目標(biāo)電機(jī)銘牌、防爆證書和項(xiàng)目危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)文件為準(zhǔn)。
2. 鋼帶調(diào)偏需要快速而平穩(wěn)
鋼帶在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，調(diào)偏機(jī)構(gòu)需要根據(jù)傳感器偏差信號(hào)快速動(dòng)作。如果系統(tǒng)響應(yīng)過慢，鋼帶可能繼續(xù)偏移；如果控制過于激進(jìn)，又容易出現(xiàn)反復(fù)擺動(dòng)和過度糾偏。
因此，伺服系統(tǒng)需要兼顧響應(yīng)速度、定位精度和運(yùn)行平穩(wěn)性，并結(jié)合鋼帶速度、糾偏量及機(jī)構(gòu)剛性設(shè)置控制參數(shù)。
3. 電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)
鋼帶糾偏通常需要推動(dòng)輥筒或?qū)驒C(jī)構(gòu)橫向移動(dòng)。防爆伺服電機(jī)需要與減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電動(dòng)缸或絲杠機(jī)構(gòu)配合，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為可控的直線位移。
電動(dòng)缸的推力、行程、移動(dòng)速度、重復(fù)定位精度、傳動(dòng)間隙和工作頻率都會(huì)影響最終調(diào)偏效果，不能只按電機(jī)功率進(jìn)行選型。
三、項(xiàng)目方案配置
| 組成部分 | 項(xiàng)目配置 | 主要作用 |
|---|---|---|
| 防爆伺服電機(jī) | 易普森EXPSION EXP系列 | 為調(diào)偏機(jī)構(gòu)提供受控轉(zhuǎn)矩和位置輸出 |
| 伺服驅(qū)動(dòng)器 | EHSD20系列 | 接收控制指令，完成位置、速度和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制 |
| 直線執(zhí)行機(jī)構(gòu) | 摩勒森電動(dòng)缸及減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu) | 將電機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為鋼帶調(diào)偏所需的直線位移 |
| 檢測部分 | 鋼帶糾偏傳感器 | 檢測鋼帶邊緣或中心位置偏差 |
| 上位控制 | PLC或糾偏控制器 | 計(jì)算偏差并向伺服系統(tǒng)發(fā)送調(diào)節(jié)指令 |
易普森EXP系列技術(shù)資料覆蓋多個(gè)機(jī)框和功率規(guī)格，系列額定功率范圍為0.2～7.5 kW。該范圍屬于系列資料，不代表本項(xiàng)目已經(jīng)確定具體功率；實(shí)際型號(hào)仍需根據(jù)電動(dòng)缸推力、運(yùn)行速度、加速度和負(fù)載慣量計(jì)算。
四、防爆伺服電機(jī)如何完成鋼帶調(diào)偏？
鋼帶調(diào)偏系統(tǒng)首先通過傳感器檢測鋼帶邊緣或中心線位置。當(dāng)檢測值偏離設(shè)定位置時(shí)，控制器計(jì)算偏差方向和修正量，并向EHSD20伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送位置或速度指令。
EHSD20驅(qū)動(dòng)防爆伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，再通過電動(dòng)缸和減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)糾偏輥移動(dòng)。編碼器將電機(jī)實(shí)際位置反饋給驅(qū)動(dòng)器，形成閉環(huán)控制。當(dāng)鋼帶回到允許范圍后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)停止或保持當(dāng)前位置。
這套控制邏輯能夠把“鋼帶偏差”轉(zhuǎn)換為“電動(dòng)缸位移”，適合需要頻繁微調(diào)和重復(fù)定位的連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備。
五、方案的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)
防爆要求必須落實(shí)到具體型號(hào)
IIB T4是項(xiàng)目提出的基本要求，但不是完整防爆標(biāo)志。采購前應(yīng)核對(duì)電機(jī)完整防爆標(biāo)志、認(rèn)證證書、環(huán)境溫度和危險(xiǎn)區(qū)域適用范圍，不能只憑系列名稱判斷。
驅(qū)動(dòng)器安裝位置需要單獨(dú)確認(rèn)
防爆電機(jī)取得相應(yīng)認(rèn)證，不代表伺服驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)缸和整套系統(tǒng)自動(dòng)具備同樣的防爆能力。EHSD20驅(qū)動(dòng)器宜布置在安全區(qū)域的控制柜內(nèi)；如果必須安裝在危險(xiǎn)區(qū)域，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)計(jì)配置具有相應(yīng)防護(hù)方式的電柜及配套電氣設(shè)施。
電動(dòng)缸應(yīng)按負(fù)載計(jì)算選型
電動(dòng)缸選型至少需要確認(rèn)最大推力、有效行程、運(yùn)行速度、加速度、工作頻率、安裝方式和允許間隙。調(diào)偏機(jī)構(gòu)如果存在較大摩擦力或沖擊負(fù)載，還應(yīng)保留合理的轉(zhuǎn)矩余量。
控制參數(shù)應(yīng)與生產(chǎn)線速度匹配
鋼帶運(yùn)行速度越高，系統(tǒng)對(duì)傳感器采樣、伺服響應(yīng)和機(jī)械剛性的要求越高。調(diào)試時(shí)需要綜合設(shè)置位置環(huán)增益、加減速時(shí)間和限位保護(hù)，避免糾偏遲滯或機(jī)構(gòu)往復(fù)振蕩。
六、應(yīng)用價(jià)值
采用防爆伺服電機(jī)、電動(dòng)缸和糾偏傳感器組成閉環(huán)系統(tǒng)，可以帶來以下技術(shù)價(jià)值：
- 滿足CO保護(hù)氣相關(guān)危險(xiǎn)環(huán)境對(duì)電機(jī)防爆性能的要求；
- 根據(jù)鋼帶偏差自動(dòng)調(diào)整糾偏輥位置；
- 相比普通開環(huán)驅(qū)動(dòng)方式，更容易實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的位置控制；
- 電動(dòng)缸結(jié)構(gòu)便于與現(xiàn)有鋼帶生產(chǎn)線集成；
- 可通過驅(qū)動(dòng)器參數(shù)調(diào)整調(diào)偏速度和響應(yīng)特性；
- 有利于減少人工干預(yù)，提高連續(xù)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。
由于項(xiàng)目沒有提供量化測試數(shù)據(jù)，實(shí)際定位精度、響應(yīng)時(shí)間和生產(chǎn)改善幅度應(yīng)以現(xiàn)場調(diào)試及驗(yàn)收記錄為準(zhǔn)。
七、類似項(xiàng)目選型前需要提供哪些參數(shù)？
為防爆伺服電機(jī)和電動(dòng)缸進(jìn)行選型時(shí)，建議提前提供：
- 危險(xiǎn)介質(zhì)名稱及現(xiàn)場危險(xiǎn)區(qū)域劃分；
- 要求的完整防爆標(biāo)志及認(rèn)證類型；
- 鋼帶運(yùn)行速度、寬度和最大糾偏量；
- 電動(dòng)缸最大推力、行程及移動(dòng)速度；
- 調(diào)偏機(jī)構(gòu)安裝方向和機(jī)械結(jié)構(gòu)圖；
- 電機(jī)供電電壓及控制方式；
- 編碼器、通訊和制動(dòng)器要求；
- 環(huán)境溫度、粉塵、濕度及防護(hù)等級(jí)要求；
- 驅(qū)動(dòng)器和控制柜的安裝位置；
- 連續(xù)運(yùn)行時(shí)間及動(dòng)作頻率。
常見問題
IIB T4可以直接作為防爆電機(jī)的完整選型依據(jù)嗎？
不可以。IIB T4只說明氣體組別和溫度組別，選型時(shí)還需要確認(rèn)防爆型式、危險(xiǎn)區(qū)域、設(shè)備保護(hù)級(jí)別、環(huán)境溫度以及產(chǎn)品證書覆蓋范圍。
防爆伺服電機(jī)能直接驅(qū)動(dòng)鋼帶調(diào)偏機(jī)構(gòu)嗎？
通常需要配合電動(dòng)缸、減速機(jī)構(gòu)或絲杠機(jī)構(gòu)。防爆伺服電機(jī)負(fù)責(zé)輸出可控的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)缸負(fù)責(zé)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為糾偏所需的直線位移。
鋼帶調(diào)偏應(yīng)該使用位置控制還是速度控制？
需要根據(jù)控制器結(jié)構(gòu)和糾偏邏輯確定。需要明確位移量和重復(fù)位置控制時(shí)，可采用位置控制；連續(xù)跟隨偏差信號(hào)時(shí)，也可使用速度控制或位置—速度復(fù)合控制。
防爆電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)缸都需要防爆認(rèn)證嗎？
需要根據(jù)各部件的實(shí)際安裝區(qū)域判斷。防爆電機(jī)的證書不能自動(dòng)覆蓋驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)缸、接線附件或整套設(shè)備。位于危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的電氣部件都應(yīng)按照項(xiàng)目防爆設(shè)計(jì)分別核驗(yàn)。
結(jié)語
特種鋼帶生產(chǎn)線的防爆調(diào)偏系統(tǒng)，需要同時(shí)解決危險(xiǎn)環(huán)境適配、伺服閉環(huán)控制和電動(dòng)缸機(jī)械匹配三個(gè)問題。易普森EXPSION可結(jié)合危險(xiǎn)介質(zhì)、防爆要求、功率、反饋、通訊及安裝條件提供EXP系列防爆伺服電機(jī)選型支持，摩勒森可根據(jù)推力、行程和速度要求配置相應(yīng)電動(dòng)缸及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。具體型號(hào)和認(rèn)證范圍應(yīng)以產(chǎn)品證書、技術(shù)資料及項(xiàng)目工況為準(zhǔn)。
