Zasada sterowania i zastosowanie ścinania bocznej tarczy przycinającej w linii trawiącej jako część maszyny do cięcia wzdłużnego zwojów
May 21, 2026
Przedmowa
Nożyce tarczowe są niezbędnym urządzeniem tnącym w warsztatach produkujących blachy i taśmy. Nożyce te są wyposażone w dwa ostrza-w kształcie dysku, które służą do wzdłużnego przycinania krawędzi stalowych płyt i taśm lub do cięcia ich na wąskie paski, podobnie jak w maszynie do cięcia wzdłużnego. Nożyce te są szeroko stosowane do wzdłużnego cięcia blach stalowych i cienkich taśm o grubości mniejszej niż 20 do 30 mm. Ponieważ ostrza są obracającymi się dyskami, może on w sposób ciągły ścinać poruszające się stalowe płyty lub paski w kierunku wzdłużnym. W czerwcu 2012 roku w pewnej stalowni uruchomiono linię do ciągłego trawienia, w której zastosowano pasywne nożyce tarczowe rozciągające i ścinające. W artykule tym skupiono się na podstawowej strukturze, procesie i zasadach sterowania oraz charakterystyce nożyc tarczowych.
Struktura ścinania dysku
Główny korpus nożyc obrotowych nie zawiera wewnętrznego mechanizmu napędowego; zamiast tego obrót ostrzy napędzany jest przez samą poruszającą się stalową taśmę, która jest poddana naprężeniu, co zapewnia działanie polegające na „ścinaniu{{0}ciągnącym”. Aby mieć pewność, że główny korpus stalowej płyty pozostanie wypoziomowany po wyjściu z nożyc obrotowych,-podczas gdy odcięta krawędź może się stopniowo zawijać,-średnica górnego ostrza została zaprojektowana tak, aby była nieco mniejsza niż średnica dolnego ostrza.
Jednocześnie taka konstrukcja zapobiega nadmiernemu zawijaniu się odciętych pasków brzegowych. Aby zapobiec wypaczaniu się blachy stalowej w momencie wejścia w nożyce obrotowe, rolki dociskowe są instalowane bezpośrednio przed ostrzami. Ponadto, aby zminimalizować tarcie pomiędzy płytą stalową a krawędziami tnącymi ostrzy obrotowych, każda para ostrzy jest ustawiona pod niewielkim kątem w stosunku do linii środkowej stalowej taśmy. Podstawowe elementy konstrukcyjne urządzenia obejmują stałą ramę nośną, mechanizm regulacji odstępu ostrzy oraz urządzenie do wymiany ostrzy.
Kluczowe parametry i przebieg procesu
Główne parametry wydajności nożyc obrotowych
Materiał do cięcia: standardowa-blacha stalowa walcowana na zimno
Wytrzymałość blachy stalowej:
< 700 MPa
Grubość blachy stalowej: 1,2–6 mm
Prędkość ścinania:
30–350 m/min
Szerokość ścinania:
5–30 mm
Nożyce obrotowe są umieszczone za nożycami półksiężycowymi; wykorzystuje-nienapędzaną konstrukcję obrotową i służy do przycinania krawędzi taśmy stalowej do określonej szerokości. Na ramach tnących znajdujących się po obu stronach linii technologicznej zamontowane są dwa komplety głowic tnących. Te ramy tnące można obracać o 180 stopni za pomocą mechanizmu zębatkowego-i-zębnika napędzanego cylindrami hydraulicznymi. Po obróceniu ramy nożyc do odpowiedniego położenia mechanizm blokujący-uruchamiany siłownikiem hydraulicznym-załącza się, zabezpieczając ramę na miejscu. Podczas gdy jeden zestaw głowic tnących aktywnie wykonuje operacje ścinania, drugi zestaw pozostaje dostępny do konserwacji, wymiany lub regulacji. Regulacja szerokości ram nożycowych odbywa się poprzez napędzanie śruby kulowej za pomocą motoreduktora, co powoduje przesuwanie się ram po szynach prowadzących zamontowanych na podstawie. Po osiągnięciu żądanego ustawienia szerokości ramy są blokowane w odpowiednim położeniu za pomocą gwintowanych cylindrów hydraulicznych.
Na wlocie głowicy tnącej umieszczona jest para rolek dociskowych i rolek podporowych. Zespół rolek dociskowych napędzany jest siłownikami hydraulicznymi i zapobiega trzepotaniu taśmy podczas jej podpierania, zapewniając w ten sposób jakość ścinania. Złom powstający w wyniku nożyc rotacyjnych kierowany jest poprzez rynnę do rozdrabniacza złomu w celu rozdrobnienia krawędzi. Po procesie rozdrabniania złom jest transportowany rynną do wylotowego systemu transportu złomu.
Przegląd systemu sterowania
Podstawowy system automatyzacji linii wytrawiania MaSteel składa się z komponentów, takich jak sterowniki PLC (programowalne sterowniki logiczne), system HMI, sieć Ethernet przemysłowy, magistrale polowe, zdalne stacje we/wy (ET200) i urządzenia programujące, jak pokazano na rysunku 2. W przypadku tego konkretnego urządzenia jako sterownik wybrano Siemens SIMATIC S7-400. Cała jednostka jest wyposażona w trzy sterowniki PLC, każdy wykorzystujący moduł CPU416-2. Interfejs HMI systemu jest zasilany przez system Siemens WinCC, a sterowniki PLC są podłączone do serwera WinCC za pośrednictwem sieci Industrial Ethernet. Komunikacja pomiędzy sterownikami PLC a urządzeniami obiektowymi odbywa się przy wykorzystaniu protokołu PROFIBUS DP; każdy sterownik PLC posiada wiele interfejsów PROFIBUS DP przeznaczonych do podłączania zdalnych modułów we/wy, systemów napędowych, enkoderów, oprzyrządowania polowego, a także urządzeń CPC i EPC. System kontroli ścinania obrotowego, podobny do maszyny do cięcia wzdłużnego cewek, jest zarządzany przez pojedynczy moduł CPU416-2 współpracujący z dwiema oddzielnymi sieciami PROFIBUS DP w celu wykonywania funkcji obejmujących regulację szerokości ramy, regulację nakładania się i regulację luzu bocznego.
Sterowanie nożycami obrotowymi
Opis trybów sterowania
System nożyc obrotowych obejmuje obrót ramy nożyc, regulację szerokości ramy, regulację zachodzenia noży i regulację luzu bocznego noży. Sterowanie dostępne jest w dwóch trybach: ręcznym i automatycznym.
Sterowanie ręczne
Tryb ręczny jest wykorzystywany głównie do operacji podczas debugowania i usterek; przyciski umieszczone na konsoli sterującej pozwalają na niezależne sterowanie różnymi mechanizmami regulacyjnymi nożyc obrotowych, mechanizmami blokującymi i ruchami obrotowymi głowicy tnącej. Procedura operacyjna obracania głowicy tnącej jest następująca: gdy nożyce obrotowe nie są używane lub zespół wyjściowy się zatrzymał, naciśnięcie przycisku start powoduje cofnięcie ramy nożyc obrotowych i ramy rozdrabniacza złomu o odpowiednią odległość. Cofanie to zapobiega zakłócaniu przez taśmę stalową procesu obrotowego, a jednocześnie zapewnia, że rozdrabniacz złomu nie utrudnia obrotu nożyc obrotowych. Następnie urządzenie blokujące obrót zostaje odłączone i rama-w zależności od jej aktualnej pozycji-obraca się o 180 stopni (w prawo lub w lewo-zgodnie z ruchem wskazówek zegara); po zakończeniu obrotu i osiągnięciu przez ramę wyznaczonej pozycji urządzenie blokujące obrót-włącza się ponownie, aby ją zabezpieczyć. Procedura operacyjna wycofywania nożyc rotacyjnych z linii produkcyjnej jest następująca: gdy nożyce rotacyjne nie są używane lub jednostka wyjściowa się zatrzymała, naciśnięcie przycisku start powoduje cofnięcie zarówno ramy nożyc rotacyjnych, jak i ramy rozdrabniacza złomu do odpowiednich pozycji gotowości.
Sterowanie automatyczne
W trybie automatycznym sterowanie nożycami obrotowymi-funkcją, którą można również znaleźć w maszynie do cięcia wzdłużnego cewek-jest realizowane poprzez zautomatyzowaną sekwencję opartą na informacjach o stanie z głównego sterownika i sygnale startowym. W przypadku dwóch kolejnych zwojów stali-poprzedniego zwoju i kolejnego zwoju-tryb działania nożyc obrotowych można podzielić na cztery scenariusze: nieużywany – nieużywany (NU-NU), używany – używany (U-U), używany – nieużywany (U-NU) i nieużywany – używany (NU-U).
NU-NU
Nożyce obrotowe nie wymagają regulacji.
U-U
O przebiegu działania decydują różnice w szerokości i grubości pomiędzy poprzedzającymi i kolejnymi taśmami stalowymi. Jeżeli parametry są identyczne, nożyce obrotowe nie wymagają regulacji; jeśli się różnią, wywoływane są automatyczne sekwencje dopasowywania szerokości ścinania, wielkości zakładki i luzu bocznego.
U-NU
Wywoływana jest automatyczna sekwencja regulacji szerokości ścinania w celu poszerzenia obrotowej ramy ścinania do pozycji gotowości.
NU-U
Najpierw wywoływana jest zautomatyzowana sekwencja przesuwania nożyc obrotowych do pozycji gotowości; następnie-po zatrzymaniu spoiny w miejscu nożyc obrotowych-wywoływane są automatyczne sekwencje dostosowywania szerokości ścinania, wielkości zakładki i luzu bocznego.
Optymalizacja funkcji eliminacji luzu mechanicznego dla nożyc obrotowych
Obrót silnika napędza śrubę pociągową, która jednocześnie napędza enkoder; ruch ten przekształca się w boczne przemieszczenie obsady nożyc obrotowych, umożliwiając w ten sposób regulację luzu bocznego nożyc obrotowych. Ze względu na naturalny luz pomiędzy nakrętką a śrubą pociągową, gdy kierunek obrotu zmienia się z przodu na wstecz, śruba pociągowa i enkoder początkowo obracają się razem, podczas gdy nakrętka pozostaje nieruchoma, co powoduje brak ruchu w uchwycie ścinania. Zjawisko to,-w którym czujnik położenia wykrywa zmianę położenia, mimo że rzeczywiste położenie fizyczne nie uległo zmianie,-jest spowodowane luzem mechanicznym wewnątrz urządzenia. Ponieważ enkoder został skalibrowany w kierunku „zamykania”, końcowy ruch urządzenia jest konsekwentnie realizowany w kierunku zamykania, aby wyeliminować błędy kontroli położenia spowodowane wspomnianym luzem mechanicznym. Na przykład, aby przejść z aktualnej pozycji (punktu A) do punktu C, mechanizm jest najpierw otwierany w punkcie B, a następnie zamykany w punkcie C.
Aby osiągnąć wysoką precyzję sterowania, regulacja nałożenia i luzu bocznego nożyc obrotowych-jak również regulacja luzu rozdrabniacza złomu- wykorzystuje następującą metodę: za każdym razem, gdy wartość docelowa przekracza aktualną wartość, odległość jest najpierw dostosowywana do wartości nieco większej niż docelowa, a następnie powoli zmniejszana z powrotem do wartości docelowej. Do oprogramowania PLC włączyliśmy blok programu do automatycznej regulacji luzu; integrując to z logiką sterowania oryginalnego projektu i stosując zasady systemów sterowania w-pętli zamkniętej-w szczególności poprzez monitorowanie-w czasie rzeczywistym za pomocą enkoderów absolutnych-, udało nam się uzyskać nie tylko informację zwrotną w czasie rzeczywistym-na temat luzu mechanicznego nożyc obrotowych, ale także precyzyjną, automatyczną regulację tego luzu. Od czasu wdrożenia tych ulepszeń dokładność regulacji luzu w pełni spełnia wymagania produkcyjne, znacznie zwiększając wydajność produkcji i zapewniając zarówno jakość, jak i płynność procesu ścinania.
Wniosek
Wyniki produkcji-na miejscu pokazują, że system sterowania nożycami obrotowymi linii wytrawiania Ma Steel jest zautomatyzowany, niezawodny i łatwy w obsłudze, a jednocześnie zmniejsza pracochłonność. Poprawiła jakość ścinania i wydajność produkcji, skutecznie spełniając wymagania produkcyjne i generując znaczne korzyści ekonomiczne.
