分享：镀锌线气刀系统组成及技术改造

连续热镀锌生产线气刀采用缝形喷嘴喷出连续的像刀一样的扁平气流把带钢表面多余的锌液吹刮掉，在带钢表面留下均匀、适量的锌层并让多余的锌液流回锌锅。文章介绍了连续热镀锌生产线气刀的结构及工作原理，总结了实际生产应用中发现的该设备原始硬件和软件存在的不足，提出并实施了相应的解决方案。通过对气刀Harting接头的改造，实现了气刀切换的灵活性；边部挡板控制方式由闭环改为开环，解决了编码器故障，大大提升生产操作效率；新增氮气调节阀实现了气刀由空气切换氮气的功能，有助于提高产品质量；气刀操作画面修改等优化改造大大提高了操作的便捷性。经过实际操作验证，各项技术改造后的设备功能运行良好，确保了气刀的正常、可靠、高效使用。

气刀是热镀锌生产的重要工艺设备。在连续热镀锌生产线中气刀通过采用一对横贯整个带钢宽度的缝形喷嘴喷出连续的像刀一样的扁平气流，把带钢表面多余的锌液吹刮掉，在带钢表面留下均匀、适量的锌层，并让多余的锌液流回锌锅，从而达到合理控制热镀锌锌层的目的。

气刀结构及工作原理

机械组成

CGL机组气刀机构组成：2个刀梁，由4台伺服电机控制刀唇前后调节、4台异步电动机控制刀唇封闭挡板调节；2个边部挡板，由2台伺服电机控制其打开、关闭；2个升降机，由2台异步电动机控制刀梁升降；1个沉没辊及刮刀，由1台异步电动机控制其横移动作、2个气缸控制刮刀抬起、压下；1个纠正辊，由2台异步电动机控制其工作位置。气刀基本组成如图1。

电气控制组成

系统采用S7-300PLC作为硬件核心。通过Profibus网络分别连接ET200远程站，采集现场压力和温度等信号；连接DP耦合器，用于同主线CPU进行数据传输；连接G120变频器，驱动气刀风机进行气压控制；连接SEW变频器，驱动气刀本体各机构动作；连接SICK编码器，读取沉没辊、纠正辊等位置信号。系统硬件组态如图2。

气刀工作原理

气刀工作原理如图3所示。

◆空气模式

SVA12、SVA2和SVA6三个阀门打开，启动BLOWER2风机为上刀唇供气；SVA11、SVA1和SVA7三个阀门打开，启动BLOWER1风机为下刀唇供气；HMI设定刀唇气压后，通过PT1、PT2压力表反馈实际气压值，经过PID闭环控制分别调节BLOWER2和BLOWER1风机转速，从而输出设定的气压(其余阀门均处于关闭状态)。

◆氮气模式

当SVA5打开时，根据设定开度打开N2调节阀，经减压阀将氮气输送至气刀管道；SVA12、SVA2和SVA9三个阀门打开，启动BLOWER2风机为上刀唇供气；SVA11、SVA1和SVA8三个阀门打开，启动BLOWER1风机为下刀唇供气；HMI设定刀唇气压后，通过PT1、PT2压力表反馈实际气压值，经过PID闭环控制分别调节BLOWER2和BLOWER1风机转速，从而输出设定的气压(其余阀门均处于关闭状态)。

气刀硬件改造及控制功能优化

Harting接头改造

◆原设计存在的问题

)现场有两套气刀，一套用于镀锌，另一套用于镀铝硅，因为Harting插头组成部件型号不统一且安装排列无次序，故无法同时满足连接两套气刀的要求。

2)由于Harting接头内部相同功能部件的型号、排列次序和接线不统一，因此在两套气刀更换过程中必然导致元器件烧毁。

◆优化方案

统一Harting接头内部组成部件的型号、排列次序和接线，满足两套气刀灵活更换的要求。改造后的Harting示意图如图4。

气刀边部挡板改造

◆原始设计存在的问题

由于换锅、换气刀和沉没辊时，连接边部挡板的插头需要经常性拔插，从而导致插头里的插针存在松动情况，此外挡板工作在高温环境，现场的信号干扰因素很大，因此挡板会经常性的报编码器故障。报故障时挡板无法动作，影响生产，若在焊缝通过时挡板无法自动打开，容易造成生产事故。

◆改造方案

1)重新配置传动参数，取消编码器，由闭环控制改为开环控制。

2)加装激光测距仪，测量并显示挡板工作的位置，如图5所示。

3)根据激光测距反馈的位置，程序增加挡板快开、减速以及停止位。

◆控制软件修改

1)根据当前CMP50M伺服电机参数，选型一台参数相近的DRS80S4异步电动机作为组态对象，用MOVITOOLS MotionStudio软件对传动进行重新配置，取消编码器，使电机工作稳定，满足生产需求。

)修改后的程序流程图如图6所示。

气刀增加氮气调节阀

◆原始设计存在的问题

原设计采用一套减压阀将压力为5~8 bar氮气减压到130 mbar，由于减压范围和氮气流量大，在开通氮气后，减压阀发生喘震，减压后的氮气压力不稳定，气刀无法正常工作。

◆优化方案

)新增一个电气调节阀HCP-1，当切换氮气模式时，通过气刀HMI操作画面给定一个目标数值，程序会将阀门立刻打开10%，再逐步打开到设定的目标开度，从而满足了减压阀工作的承受能力。

2)在自动模式下，氮气调节阀可根据设定的气压大小自动调节阀门开度。

◆硬软件控制修改

1)在N2 TOP点位置安装一个电气调节阀，如图7所示。

)修改后的程序流程图，如图8所示。

气刀刀唇封闭编码器变更调试

◆原始设计存在的问题

气刀刀唇封闭编码器为SSI 24 bit型编码器，采用一转换模块将SSI信号转DP信号，从而将位置信息传至PLC。由于现场环境恶劣，SSI转DP模块经常损坏，且西门位置输入模块也无法直接组态SSI 24 bit型编码器。

◆优化方案

取消原有的SSI转DP设计方案，重新选型SSI25 bit耐高温编码器，采用西门子6ES7 338-4BC01-0AB0位置输入模组直接读取位置信号。

◆控制软硬件的改造

1)重新选型TR CEH58M 5880-00408编码器，设计加工特定的连接轴进行安装。

2)采用西门子6ES7 338-4BC01-0AB0位置输入模组进行组态。

3)按照带钢最大宽度的一半715 mm编程，使编码器读数和挡板的机械行程对应。

气刀画面修改

增加一键快开按钮、增加维护柜按钮、增加标零画面，如图9。

◆原始设计

1)气刀各机构动作只能通过操作工手动在HMI上点动，或者设定目标数值才能动作。

2)气刀各动作机构编码器标零只能在程序里标定。

3)气刀维护柜上触摸屏只能对气刀单侧动作。

◆原始设计存在的问题

1)当带钢出现瓢曲或板形不好时，操作工无法快速将气刀和挡板退出，带钢容易剐蹭刀唇和挡板，造成设备损伤。

2)气刀刚上线时，各机构编码器位置数据丢失，操作工无法快速重新标定。

3)气刀离线调试时，气刀只能单侧动作，无法两侧同时动作，对离线调试增加了困难。

◆优化方案

1)气刀HMI上每个界面均增加“快开”按钮，方便操作工快速打开气刀。

2)气刀HMI上设有专门的画面，可对气刀所有位置编码器进行标定。

3)气刀维护柜新增操作按钮，满足离线调试同时操作气刀两侧刀唇的功能。

结束语

通过对气刀Harting接头的改造，实现了气刀切换的灵活性。边部挡板控制方式由闭环改为开环，解决了编码器故障，大大提升生产操作效率。新增氮气调节阀实现了气刀由空气切换氮气的功能，有助于提高产品质量。气刀操作画面修改等优化改造大大提高了操作的便捷性。经过实际操作验证，各项功能运行良好。

文章来源——金属世界