鍍鋅線CLECIM 焊機電氣控制原理及其優化升級

申燕光 陸哲城

（河北鋼鐵集團邯鋼公司冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

焊機的工作原理：窄搭接電阻焊機的焊接原理是將兩塊帶鋼搭接，通以適當的電流，在材料自身的電阻、材料間及材料與電極間接觸部分的電阻上產生熱量，最終熔化而焊接起來。根據焦耳定律，焊縫處產生的熱量用公式(1)表示如下：Q=I2RT=IUT (1)式中，Q 為熱量；I 為電流；R 為焊接區電阻；U 為電極間電壓；T為通電時間。

從式(1)中看出，發熱量與焊接電流、通電時間及電阻（包含自身電阻和接觸電阻）有關。當對不同規格的帶鋼進行焊接時，通過控制電流大小、通電時間的長短(實際是通過改變小車速度V 來控制通電時間)，及接觸電阻和自身電阻（改變焊輪壓力）。

焊機的電氣設備由以下3 個主要部分組成：可編程邏輯程序(PLC)、焊機交互畫面(HMI)、供電單元。其中PLC 是控制焊機的核心，采用西門子S7-400CPU，通過它可實現焊接邏輯控制、焊輪及碾壓輪壓力調節、搭接量位置管理，小車移動焊接速度控制，焊接報文及報警顯示的管理；焊機交互界面客戶端用于，焊接參數的手自動選擇和調整、生產焊接參數報告、焊機主要參數趨勢圖、報警等信息；供電單元主要包括可控硅控制器、焊接變壓器和整流回路、以及散熱部件的水冷卻系統組成。

焊機順序控制：當產線進入甩尾程序，同時焊機準備就緒，帶尾能夠自動定位到焊機出口待機位，沖孔、剪切、出口夾持板閉合處于搭接位。下一卷帶頭開始定位，對中、剪切、入口夾持板閉合處于搭接位，同時出入口帶鋼進行搭接、焊接，并由碾壓輪對焊縫進行碾壓，焊接完成后，釋放帶鋼，焊機返回初始位置，等待下一個焊接周期。

焊接電流的控制：ML21 型焊機電流控制系統主要由可控硅控制器、焊機變壓器/整流器兩部分組成。另外還設計有電流監視、電壓監視等監視元件。焊接主回路通過3 相380V 交流為變壓器供電，二次側輸出約5V 的低電壓，輸出經二極管整流器整流，以直流的形式輸出至焊輪。上下兩焊輪與帶鋼構成回路，實現直流電流焊接。焊機PLC 能夠根據不同規格的帶鋼，調用焊機數據庫參數，自動匹配焊接所用的焊接速度、焊接電流、焊輪壓力及碾壓力以及帶鋼兩側的搭接量，同時操作人員也可以手動調整相關參數，優化焊縫質量。

由于該線CLECIM 焊機已連續使用17 年之久，核心設備電流控制器頻繁出現工作不穩定，入口焊接時電流時有時無、時大時小的故障，嚴重影響了焊縫質量，造成產線降速或者停車，影響了設備的穩定性和產品質量。該設備內部程序屬于外方鎖定，電氣人員無法讀取修改，造成電氣工程師對其維護上的苦難。

通過查閱該焊機的相關資料以及焊機的主控系統西門子PLC 通訊模板，計劃升級為WTC 公司的梅達控制器A20-24-DIO（帶有以太網口），以及擴容相應的變壓器RC5546 250KVA，通過增加相應模板和改寫程序，實現了焊機PLC—S7-400 系統與焊機控制器PLC 的完全融合，通訊正常，數據傳輸控制有效，保持了焊機之前原有的功能，操作人員按原有的操作習慣進行操作。

優化了自循環水冷系統電氣控制，更改水冷管路，增加對WTC 電流控制器的冷卻功能，加強對可控硅組件、焊接變壓器、上下電極輪的冷卻，保證高散熱設備的有效穩定。

同時升級焊機變壓器為250KVA 雙變壓器，擴大其額定容量，開發實現一拖二的新焊機功能，特殊情況下可以用一備一，增強設備的穩定性，擴容后的變壓器為以后厚板帶的開發提供可靠的電流保障，提高焊機的焊接能力。

改造前效果如圖1 改造升級后效果如圖2

改造升級后的CLECIM 窄搭接焊機在冷軋廠冷鍍鋅機組得到了成功的應用，對于機組達產、超產起到了決定性作用。(1)該控制系統配置簡單、合理、可靠性高；(2)帶鋼實現自動搭接與焊接，設備自動化程度高，故障、報警信息簡單明了，降低了操作人員的勞動強度；(3)焊接工藝上，采用邊焊接邊擠壓，避免了先壓后焊帶來的帶鋼硬傷，減小焊縫超厚和提高焊縫質量。