西門子運動控制解決方案助力濟南二機床，為年產(chǎn)5萬噸冷軋鋼板的開卷落料生產(chǎn)線的設計做出了決定性的貢獻——精心打造的Park功能大大簡化了擺剪模子系統(tǒng)的更換工作并提高了它的兼容性；Simotion和Sinamics控制器控制壓機主軸，實現(xiàn)了壓機與送料系統(tǒng)之間的軸同步，大幅提高了送料效率；ALM（ActiveLineModules,調(diào)節(jié)型電流模塊）模塊回收制動能耗，有效提升了能效水平。

在如今的汽車板材生產(chǎn)車間里已經(jīng)很少能看到手持簡單工具零敲碎打的工人，取而代之的是高度集成、高度自動化的流水線作業(yè)，從原材料卷板到成型的汽車板材所需經(jīng)歷的開卷、清洗涂油、校平、落料和碼垛等操作可以通過“開卷落料線”的工藝流程先后完成。此類生產(chǎn)線在發(fā)達國家的汽車制造商中已普遍采用，并且也逐漸走向了國內(nèi)企業(yè)的廠房之中。

濟南二機床集團（簡稱“濟南二機床”，下同）是目前國內(nèi)惟一一家能夠生產(chǎn)高檔開卷線的企業(yè)，也是中國規(guī)模最大的重型鍛壓設備和大型金屬切削機床制造企業(yè)，公司的生產(chǎn)和技術研發(fā)能力、產(chǎn)品品類和技術水平等各方面多年來均位于國內(nèi)同行業(yè)的首位。

近期濟南二機床為株洲匯隆實業(yè)訂做了一條設計產(chǎn)能達5萬噸（約500萬片）/年冷軋鋼板、年生產(chǎn)時間3800小時的大型開卷落料生產(chǎn)線。如果把整條生產(chǎn)線的設計實施比作描繪一條巨龍，那么解決生產(chǎn)線的運動控制問題就好比為這條龍注入靈動的活力----點睛。西門子為這點睛之筆提供了2個PLC300，分別控制開卷和堆垛；1臺SimotionD445運動控制器和7臺SinamicsS120；39臺Simotics1FT6與1PH7電機；4個ALM可回饋整流單元。此套系統(tǒng)在功效、精度、節(jié)能等多方面的整體性能無不各具過人之處。通過西門子完整解決方案及全套電器設備的助力，整條生產(chǎn)線的工作效率、工藝精度和穩(wěn)定性均得到了大幅提升——使用一臺600T壓機實現(xiàn)了65次/分的最高沖次，送料速度最高可達70次/分和180m/min，加工精度達到了±0.15mm的水平。

圖：濟南二機床廠區(qū)

為擺剪模保駕護航

開卷落料線并不是新興產(chǎn)業(yè)，但這并不意味著其中缺乏技術創(chuàng)新的空間。作為傳統(tǒng)的生目前已趨于成熟的傳統(tǒng)生產(chǎn)線，目前各主要廠商的競爭的焦點在于提高生產(chǎn)效率，以及減少能耗。

通常的開卷落料線主要分為開卷、較平、活套、輥輪進給和剪切（沖壓）等五個部分。由于汽車所需板材具有多種型號，而此次設計實現(xiàn)的生產(chǎn)線僅有1條，因此它對于成品規(guī)格而言必須具有一定的普適性，這種普適性是通過最后的剪切（沖壓）工藝中不同模具的更換而加以實現(xiàn)的。

然而模具的更換過程將不可避免地導致整個工序的全面停滯，因而成為了決定整個生產(chǎn)線整體效率的關鍵因素之一；以及由于制動和啟動過程無不牽扯著巨大的能耗，更換模具也在生產(chǎn)過程的整體能耗中占有一席之地。為了在提高效率和減少能耗的焦點之戰(zhàn)中占得先機，濟南二機床在此項目中決定在模具體系中加入國內(nèi)市場中少有先例的“擺剪模”。

圖：開卷落料線工藝簡圖

擺剪模是一種特殊的模具，它相比傳統(tǒng)的固定模具而言，最大的特點是可以在自身允許范圍內(nèi)變換不同的形狀（例如不同斜度的平行四邊形和不同角度的梯形），可以在不更換模具的情況下生產(chǎn)不同規(guī)格的板材成品，從而大大減少模具的更換次數(shù)，提高加工效率。值得一提的是，此次項目中擺剪模的控制系統(tǒng)同樣采用的是西門子的解決方案。

然而擺剪模作為一種“活”的模具，由于自帶形狀控制電機及其控制部件，牽扯和整個生產(chǎn)線的總線系統(tǒng)的對接等問題，它的更換過程相比傳統(tǒng)固定模具而言顯得更加復雜。如果沿用傳統(tǒng)的方式，拆裝舊模具的時候易造成較難解除的系統(tǒng)告警；安裝新模具的時候也將出現(xiàn)系統(tǒng)兼容性方面的諸多麻煩，將嚴重提高后期維護的難度并且降低生產(chǎn)效率。

西門子團隊針對這一情況進行了大量開創(chuàng)性的研發(fā)工作，成功地為此條生產(chǎn)線設計出了針對擺剪模拆裝的Park功能，通過對系統(tǒng)總線中涉及擺剪?？刂频娜舾晒δ苣K的關閉與開啟，順利實現(xiàn)了擺剪模的自如拆裝。應用Park功能后，擺剪模的整個更換時間僅需3-4小時，其中重新啟動時間僅需1-2小時，很大程度上提高了整個生產(chǎn)線的工作效率。

軸同步·效率與精度的同步

整條流水線是一個整體，它的整體效率受到諸多因素的協(xié)同影響，其中的另一個瓶頸因素是壓機送料。采用西門子的Simotion和Sinamics做壓機的主軸控制，齒輪同步非常方便，從而帶來產(chǎn)品整體性能的高度穩(wěn)定。

圖：西門子SINAMICS產(chǎn)品在濟南二機床的應用

具體而言，采用西門子解決方案的送料系統(tǒng)可以直接讀取伺服壓機的外部編碼器數(shù)據(jù)，直接知道壓機主軸的位置，實現(xiàn)軸同步，精準控制壓機送料連續(xù)性，提高生產(chǎn)效率。而在其他廠家的類似解決方案中，同樣的反饋控制過程需要首先把伺服控制器或者編碼器的數(shù)據(jù)讀出，再通過通訊發(fā)給送料控制器。西門子的這一改進的直接結果是提高了通訊效率和降低了延遲，使送料機具有足夠“敏銳”的反應余地，可以實時辨認壓機的準確位置，確定安全區(qū)域，從而使兩者可以同步工作，而不必一定等到壓機的上一次工作完全結束后再執(zhí)行下一次送料操作。這一改進，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，而且使得送料精度達到了出于行業(yè)領先的±0.15mm.

制動能耗，自動回收

在能耗控制方面，西門子提供電氣設備的這條開卷落料線同樣具有不俗的表現(xiàn)，其中用于回收制動能耗的ALM模塊功不可沒。

在傳統(tǒng)的類似生產(chǎn)線中，送料、堆垛等電機由于需要頻繁起停，會有大量能量堆疊消耗在周而復始的制動與啟動、減速與加速之中。西門子提供的ALM模塊，可以在制動過程中對電機產(chǎn)生的三相交流電進行整流，并在檢測到直流母線電壓升高時將多余能量回饋給電網(wǎng)，供其他設備使用。該器件的能量反饋效率極高，電機制動期間由機械能轉化成的電能幾乎能夠無損地返回電網(wǎng)，以此大大降低了整條生產(chǎn)線的綜合能耗。

全套的運動控制解決方案不僅帶來了效率的提升和能耗的下降，更是直接導致了設計流程的簡化和項目周期的縮短——由于統(tǒng)一采用了西門子公司的器件，整條生產(chǎn)線各部分之間的兼容性取得了極大的提升，并且由于得到了西門子方面的技術指導，電氣方面在1-2個月的短暫時間內(nèi)即告完成；由于器件之間的品牌一致性，客戶日后的維護工作也將得到無形的簡化。此外就器件性能而言，SimotionD445和SinamicsS120以其強大的功能受到了客戶極大好評；全套系統(tǒng)的以太網(wǎng)通訊功能更是是受到了客戶的交口稱贊。

西門子的運動控制系統(tǒng)解決方案使得濟南二機床制造的這條龐大的生產(chǎn)線得以更加高效低耗、準確自如地投入到交付后的生產(chǎn)工作之中，它的助力無疑為這條巨龍做了點睛之筆。