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伺服与运动控制 |
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基于T400工艺板的开卷机间接张力控制 |
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作者：夏江涛 刘惠康 |
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1 引言
在现代化连续带钢处理线中，必须使带钢在稳定张力下运行。在恒定的张力的作用下，可以使带钢对中准确，并保证了生产线上的工艺要求。如果张力波动大，不仅会影响设备运行，还会导致频繁的断带事故，影响企业的正常生产。在实际控制系统中通常采用PLC用户自行编程控制。由于工艺的需求，日益对张力控制提出更高的要求，原先的PLC控制在控制精度和稳定性上都有一定的局限。本文针对此问题，提出基于T400的开卷机张力控制方案，从工艺要求和经济成本上考虑，开卷机不设张力检测设备，因此开卷机张力控制采用间接张力控制方法。
2．控制原理
间接张力控制，即只有张力设定值，不用张力检测器采集张力实际值，张力不形成闭环控制，而采取开卷机转矩电流控制，系统相当于只有电流环在工作。开卷机开卷以后，卷径不断发生变化，从而引起张力变化。
工作时，入口夹送辊拉动带钢，开卷机这时施加与开卷方向相反的转矩 ,使夹送辊与开卷机之间的带钢具有张力，张力的大小与开卷机电磁转矩的大小成正比，在稳速度带钢开卷过程中，随着钢卷卷径的减小，电动机产生的转矩也随之减小，但入口段若要保持恒张力，电动机转矩 与带钢张力力矩 始终保持相等。
可见在基速以下，由于 不变，只要保证开卷机电流随着卷径成正比例变化，即可实现恒张力控制。
在基速以上时，为弱磁生速阶段，反电动势E保持不变。
n：开卷机角速度；
D：开卷机卷径
此时只要保证开卷机电枢电流随带钢线速度成正比例变化，即可实现张力恒定控制。
3 间接张力控制
3.1 T400工艺板简介
西门子公司T400板是SIMOVERT主传动变频器的工艺板，可以延伸到相关传动工艺的系统单元功能，完成复杂高动态响应的开闭环控制，采样时间可达100 。
T400技术模块可以通过CFC自由组态，该工具定义不同模块的功能，生成的软件下载到T400程序内存中。工艺板与主驱动之间的通讯通过双口RAM实现,此外还可以通过PROFIBUS DP，USS与上位机进行通讯。
其相关参数如表1：
T400的工作环境如图1所示,它是连接在通讯模板CBP和基础电子单元CU板之间。三个模板全部安装在主传动单元插槽内，并且通过局部总线适配器（LBA）相互连接。CU板是西门子传动装置的控制板，CBP板负责与PROFIBUS通讯。T400工艺板和主驱动之间的参数传递是由并行双口RAM接口实现。
4.2 T400板的控制原理
控制原理图
T400控制模式采取间接张力控制，间接张力控制模式如图2。该系统有2个控制环即速度控制环和电流控制环，其控制原理为：建立张力时，从上位机或者操作台来的信号设定张力T的大小，即张力电位计的输入。由 I=DT/ 看出转矩电流与张力T和卷径D乘积成正比例关系。DT经过补偿后成为速度调节器的输出限幅值，即电磁转矩电流调节器输入值。张力的设定值不变，由张力力矩公式 =DT/2 知，张力力矩与卷径成正比，卷径越大， 也越大，电流调节器输入值提高，电机电流I变大，对应 = 中， 亦大；开卷运行后，D不断减小，由T= I/D可知， ,I也减小，则 也减小，从而保持了T恒定。
（3）T400的卷径计算
间接张力控制中，D直接影响着对张力的控制，是非常重要的计算参数。卷径的实时计算也是T400功能版的重要工艺功能。当钢卷每旋转一圈时，初始直径就开始以两倍带钢的平均厚度减小，以初始直径减去这个减小量得到直径计。
式中 ：卷径计算值； ：每个测量周期内芯轴转动次数；hs：当前带钢厚度；
由于存在辊子打滑，钢卷离心率等外部干扰因素，钢卷计算至少会采取额外的一种测量方式进行纠正计算量。一般采取的方式是利用开卷机附近的某个导向辊上编码器的值，进行同步纠偏。
当运行过程中发生断带或其他故障时，当前的卷径可以保持，重新开始生产后，从保持的当前卷径开始计算，避免了松卷等情况，此为T400的卷径保持功能。
（4）张力控制实现
在实际控制过程中，开卷电机输出总转矩中包括带钢张力力矩，弯曲力矩补偿，惯性补偿，摩擦力矩补偿，带钢厚度补偿等。
每个补偿力矩都有详细的计算公式，这里不再赘述。工艺板内功能块根据带钢实际卷径和张力设定值计算张力的力矩，并增加附加张力补偿，最终得到张力力矩的设定值，来自张力控制器的力矩设定发送至变频器，变频器计算得到卷筒电机电流给定，完成变频调速控制，最终实现张力控制。
4 结言
T400由于自身运算快，精度高，非常适合高速高精度控制场合，相对于PLC控制器，工艺板直接装于传动设备内，数据直接与传动装置之间交换，大大减小了数据传输时间和响应速度。T400除了有集成化的软件包对特殊工况进行控制外，内有大量的自由功能块，可以根据需求自由选用来达到用户控制目的，其板内集成的异态报警，故障诊断功能对于维护也起到很大的作用。通过T400在武钢3号镀锌线开卷机上的应用，运行良好，入口张力控制更为稳定，满足了生产要求，提高了工作效率。(end)
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(7/2/2011) |
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