卷取恒張力控制

1、酸洗線卷取機恒張力控制原理及實現方法摘要：卷取機張力的穩(wěn)定性直接影響到清洗線產品的質量，卷取機的恒張力控制是卷繞自 動控制系統中的關鍵技術。本文首先描述了實現恒張力控制的原理，通過分析選取了適合的 控制方法。并結合意大利Ansaldo全數字直流傳動裝置SPDM給出了一種具體的實現方法， 這種方法搭建的系統在實際應用運行穩(wěn)定，清洗效果良好。關鍵詞：張力控制最大力矩法全數字直流調速裝置SPDMAbstract: The stability of the wind reels tension will influence the quality of the acid cleanings produ

2、ct directly. The way of constant tension control to the wind reel is a key technique of the automatic taking-up equipment. At the beginning of this paper, we describe the principle of tension control. Then we choose a better control method based on analyze. And then we give a implement method use th

3、e Italian Ansaldos whole digit direct current timing equipment SPDM. The acid cleaning system based on this method worked steady and the wash effect is good.Key words: tension control; maximal moment method; whole digit direct current timing equipment SPDM.1、概述近年來，市場上對銅帶的需求有增無減，國際市場上銅產品價格呈強勁上漲趨勢。用戶

4、對銅帶產品表面的光潔度要求越來越高，同時企業(yè)對清洗的效率也提出了更高的要求。傳統 的清洗方式已不能滿足企業(yè)的需要。銅帶清洗的質量一方面取決于工藝，另一方面也與卷取 機張力有密切的關系。一般來說，卷取機張力的穩(wěn)定性直接影響帶材的質量和成品率。尤其 在帶材被拖動動態(tài)升降速的過程中，更要保持張力的恒定以免出現斷帶。傳統的卷取機張力 控制裝置為模擬系統，其張力控制精度低，大約在5%左右，而且由于調試困難，實際上 往往難以達到。當前普遍采用全數字直流調速裝置來實現恒張力控制。意大利Ansaldo全 數字直流傳動裝置SILCOPAC D在冶金領域有著廣泛的應用。它有許多優(yōu)異的性能如具有 電流、速度、電勢環(huán)

5、的自整定功能，可以通過串行總線進行大量的數據交換，可以通過軟硬 件設定系統功能，滿足用戶多種需要等。磁場控制由一個可控硅控制的調壓器作為電機的勵 磁控制，勵磁控制模式可以是恒壓控制、恒流控制以及自動弱磁升速控制。利用SILCOPAC D可以方便的實現卷取機的恒張力控制。本文的研究基于銅帶酸洗線設計，主要討論使卷取 機張力恒定的控制原理并結合Ansaldo直流調速裝置（SPDM）說明其實現方法。2、卷取機恒張力控制原理保持張力恒定通常采用間接張力控制方式。所謂間接恒張力控制方式，就是只給定張力 設定值，不用檢測器采集張力的實際值，對張力不形成閉環(huán)控制，而是通過對開卷機電流或 磁場的控制來間接實現

6、對張力進行恒定控制的方法。2.1常用間接張力控制法通常采用的間接張力控制方式有2種：比例控制方式和最大力矩控制方式。為了說明這 兩種方式的差別，進行以下推導。下圖為卷取機示意圖：很-節(jié)n卷取機卷簡減速機腰-電機軸圖1卷取機示意圖銅帶在進入卷取機前，一般經過一個S輥，S輥的作用是把清洗生產線的張力控制分隔 成2段：開卷清洗段和卷取段，開卷清洗段張力較小，卷取段張力較大，二段張力互不影響。設電動機軸上的轉矩為Md，則有:（1）其中：氣電動機轉矩常數4 電動機主磁通1 一電樞電流設銅帶的張力力矩為M，則：T（2）睥 TDM = t 2ir其中門機械傳動效率設空載轉矩為m，加減速時所需的動態(tài)轉矩為Mg

7、，則有以下的轉矩平衡式:如果忽略相對較小的空載轉矩肱。和動態(tài)轉矩Mg，并聯立式和式可得:TD2加從而得到張力T的近似表達式： E . I 4 T = 2C 山 a（3）M D i 414可知：要保持張力不變則需要保持D為常數。使D為常數一般采用2種方法，一種是令i和生分別不變，采用使電樞電流恒定的調節(jié)器和使磁通隨卷徑成比例變化的調節(jié) a D 器。這種方式叫比例控制方式。另一種是卷取電動機在額定轉速n以下運行時，使磁通等于 額定磁通，即。=，系統采用調節(jié)電樞電壓調速。為了保持張力恒定，就要求電樞電流 與卷材卷徑成比例，即D為常數；在額定轉速n以上運行時，才開始弱磁調速。這種方法 叫最大力矩控制方

8、式。比例控制方式雖然結構簡單，易于搭建控制系統，但它也有明顯的缺點，只要系統不在 最大卷徑下工作，電機始終處于弱磁狀態(tài)，電機效率不能得到充分應用。而且當卷徑變化大 時，弱磁倍數也很大，對電機要求很高。設備選型也很困難。所以通常采用最大轉矩法來實 現恒張力控制。2.2空載轉矩Mo和動態(tài)轉矩Mg補償前面的推導過程忽略了空載轉矩M。和動態(tài)轉矩Mg，但在實際應用中，這兩者是不能 忽略的。卷取機電機和帶材均有運動慣性，在卷取速度發(fā)生變化時，會產生動態(tài)力矩，從而使張 力發(fā)生波動，所以要對電樞電流補償以消除速度變化時對帶材張力的影響。每次速度發(fā)生變 化時，均應有相應的補償電流投入。動態(tài)補償電流近似的計算方法

9、是：,1 GD2 60/ dvI =g Cm8 375 兀 D dt空載補償主要補償機械損耗、風阻損耗等，它的補償電流I0可以通過實際測量得到。 綜上所述，為保證卷取機在卷繞過程中張力恒定，控制電動機的電流應該包括三個部分：張 力電流It、動態(tài)（慣性）補償電流Ig和空載補償電流10。即：3、實現方法利用SPDM可以很方便的實現最大力矩式張力控制，系統的原理如圖2所示:張力給定E圖2張力控制系統原理3.1卷徑計算在間接恒張力控制系統中，卷徑是一個非常重要的參數，直接影響著張力控制的結果。線速度給定V取自速度控制模式S輥的線速度，當前電機運行的角速度Wg由編碼器測得。則當前卷取機的卷徑D為:同時，

10、為了保證計算結果正確，裝置內部也須設定卷徑限幅，如最小卷徑、最大卷徑等 參數。SPDM的DIAMETER CALC （卷徑計算）參數組可以很方便的設置。當系統由靜止轉入運行時，由于線速度給定V和角速度反饋Wg都很小，所以采取這種方式 計算的卷徑誤差很大，這時可采用一個恒定的起始卷徑值來建立初張力，只有當角速度超過 設定的門限值時，卷徑計算功能才有效。3.2速度調節(jié)器在卷徑已知的情況下，用當前的線速度給定除以卷徑，可以近似得到角速度給定。速度 調節(jié)器的輸出必須飽和，因為只有在速度調節(jié)器輸出飽和的情況下，張力調節(jié)器輸出對速度 調節(jié)器的限幅才會有作用。為了使速度調節(jié)器輸出飽和，可以采用附加給定的方法

11、，對SPDM 而言，一般10%的附加給定即可滿足需要。附加給定的參數是SPEED REG （速度調節(jié)器） 參數組中的CB2，可以選擇附加速度給定源。通過AUX.FUNCT.1參數組的CE1參數設定附加速 度給定值的大小。3.3輸出限幅在酸洗機組中，一般在基速以下不需弱磁即可滿足實際生產的需要。此時電機始終處于 滿磁狀態(tài)，電磁轉矩大，電機的效率較高。I。I d為了實現張力恒定，由式（3） T = 2C-D可知只需方恒定即可，又因為是II滿磁運行，。=故只需節(jié) 為恒定即可。通過輸出限幅可以實現節(jié) 恒定。T = 2iC 功 % = kD n I = KTD = KTD張力運算調節(jié)器根據當前的卷徑值D

12、，計算得到與之成正比變化的Ia的值，再加上必 要的補償一起作為速度環(huán)的輸出限幅，同時也作為電流環(huán)的輸入。由于速度環(huán)輸出始終是飽 和的，所以I。x D，I。受到卷徑D的控制，從而間接控制張力T恒定。在SPDM中可以通 過設定CURRENT REG（電流調節(jié)器）參數組中的電樞電流限幅參數CA2來設定限幅。在張 力控制模式下還需要用到輔助功能選項。3.4機械損失補償和動態(tài)補償空載補償是為了補償機械的摩擦力矩、風阻損耗力矩及卷材彎曲力矩等，這些大都與轉 速有一定的關系，故采用一個恒定量或加一個與速度成線性關系的量進行補償。動態(tài)轉矩 M g與速度變化，卷徑機械加速時間、材料密度和帶材寬度相關。用SPDM實現這兩種補償 的方法是根據實際情況設定慣量補償和空載補償對應的參數。4、應用效果在十堰益民銅材廠三號清洗線中，采用了 Ansaldo的全數字直流調速裝置SPDM來控制卷 取機。整套設備設計調試簡單，且運行良好，完全達到了廠方的要求，薄帶0.2MM）和厚