ABSTRACT  This paper introduce the indirect Uncoiler indirect tension control system，analyses the principles of the tension control in this system ,the roll diameter calculation and other major areas, also introduced the Siemens T400 Technology Board and the application in the tension control of the Uncoiler.

KEYWORDS  Indirect tension control; Uncoiler; T400.

1  引言

      在現(xiàn)代化連續(xù)帶鋼處理線中，必須使帶鋼在穩(wěn)定張力下運(yùn)行。在恒定的張力的作用下，可以使帶鋼對(duì)中準(zhǔn)確，并保證了生產(chǎn)線上的工藝要求。如果張力波動(dòng)大，不僅會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行，還會(huì)導(dǎo)致頻繁的斷帶事故，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。在實(shí)際控制系統(tǒng)中通常采用PLC用戶自行編程控制。由于工藝的需求，日益對(duì)張力控制提出更高的要求，原先的PLC控制在控制精度和穩(wěn)定性上都有一定的局限。本文針對(duì)此問(wèn)題，提出基于T400的開(kāi)卷機(jī)張力控制方案，從工藝要求和經(jīng)濟(jì)成本上考慮，開(kāi)卷機(jī)不設(shè)張力檢測(cè)設(shè)備，因此開(kāi)卷機(jī)張力控制采用間接張力控制方法。

2．控制原理
     間接張力控制，即只有張力設(shè)定值，不用張力檢測(cè)器采集張力實(shí)際值，張力不形成閉環(huán)控制，而采取開(kāi)卷機(jī)轉(zhuǎn)矩電流控制，系統(tǒng)相當(dāng)于只有電流環(huán)在工作。開(kāi)卷機(jī)開(kāi)卷以后，卷徑不斷發(fā)生變化，從而引起張力變化。

      工作時(shí)，入口夾送輥拉動(dòng)帶鋼，開(kāi)卷機(jī)這時(shí)施加與開(kāi)卷方向相反的轉(zhuǎn)矩 ,使夾送輥與開(kāi)卷機(jī)之間的帶鋼具有張力，張力的大小與開(kāi)卷機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小成正比，在穩(wěn)速度帶鋼開(kāi)卷過(guò)程中，隨著鋼卷卷徑的減小，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也隨之減小，但入口段若要保持恒張力，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 與帶鋼張力力矩 始終保持相等。

張力力矩 始終保持相等。

      可見(jiàn)在基速以下，由于 不變，只要保證開(kāi)卷機(jī)電流隨著卷徑成正比例變化，即可實(shí)現(xiàn)恒張力控制。

      在基速以上時(shí)，為弱磁生速階段，反電動(dòng)勢(shì)E保持不變。

n：開(kāi)卷機(jī)角速度；

D：開(kāi)卷機(jī)卷徑

      此時(shí)只要保證開(kāi)卷機(jī)電樞電流隨帶鋼線速度成正比例變化，即可實(shí)現(xiàn)張力恒定控制。

3  間接張力控制

3.1  T400工藝板簡(jiǎn)介

      西門子公司T400板是SIMOVERT主傳動(dòng)變頻器的工藝板，可以延伸到相關(guān)傳動(dòng)工藝的系統(tǒng)單元功能，完成復(fù)雜高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的開(kāi)閉環(huán)控制，采樣時(shí)間可達(dá)100 。

      T400技術(shù)模塊可以通過(guò)CFC自由組態(tài)，該工具定義不同模塊的功能，生成的軟件下載到T400程序內(nèi)存中。工藝板與主驅(qū)動(dòng)之間的通訊通過(guò)雙口RAM實(shí)現(xiàn),此外還可以通過(guò)PROFIBUS DP，USS與上位機(jī)進(jìn)行通訊。

其相關(guān)參數(shù)如表1：

表1

      T400的工作環(huán)境如圖1所示,它是連接在通訊模板CBP和基礎(chǔ)電子單元CU板之間。三個(gè)模板全部安裝在主傳動(dòng)單元插槽內(nèi)，并且通過(guò)局部總線適配器（LBA）相互連接。CU板是西門子傳動(dòng)裝置的控制板，CBP板負(fù)責(zé)與PROFIBUS通訊。T400工藝板和主驅(qū)動(dòng)之間的參數(shù)傳遞是由并行雙口RAM接口實(shí)現(xiàn)。

圖1

4.2  T400板的控制原理

圖2  控制原理圖

      T400控制模式采取間接張力控制，間接張力控制模式如圖2。該系統(tǒng)有2個(gè)控制環(huán)即速度控制環(huán)和電流控制環(huán)，其控制原理為：建立張力時(shí)，從上位機(jī)或者操作臺(tái)來(lái)的信號(hào)設(shè)定張力T的大小，即張力電位計(jì)的輸入。由 I=DT/ 看出轉(zhuǎn)矩電流與張力T和卷徑D乘積成正比例關(guān)系。DT經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后成為速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值，即電磁轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器輸入值。張力的設(shè)定值不變，由張力力矩公式 =DT/2 知，張力力矩與卷徑成正比，卷徑越大， 也越大，電流調(diào)節(jié)器輸入值提高，電機(jī)電流I變大，對(duì)應(yīng) = 中， 亦大；開(kāi)卷運(yùn)行后，D不斷減小，由T= I/D可知， ,I也減小，則 也減小，從而保持了T恒定。

（3）T400的卷徑計(jì)算

      間接張力控制中，D直接影響著對(duì)張力的控制，是非常重要的計(jì)算參數(shù)。卷徑的實(shí)時(shí)計(jì)算也是T400功能版的重要工藝功能。當(dāng)鋼卷每旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，初始直徑就開(kāi)始以兩倍帶鋼的平均厚度減小，以初始直徑減去這個(gè)減小量得到直徑計(jì)。

      式中 ：卷徑計(jì)算值； ：每個(gè)測(cè)量周期內(nèi)芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)；hs：當(dāng)前帶鋼厚度；

      由于存在輥?zhàn)哟蚧?，鋼卷離心率等外部干擾因素，鋼卷計(jì)算至少會(huì)采取額外的一種測(cè)量方式進(jìn)行糾正計(jì)算量。一般采取的方式是利用開(kāi)卷機(jī)附近的某個(gè)導(dǎo)向輥上編碼器的值，進(jìn)行同步糾偏。

      當(dāng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生斷帶或其他故障時(shí)，當(dāng)前的卷徑可以保持，重新開(kāi)始生產(chǎn)后，從保持的當(dāng)前卷徑開(kāi)始計(jì)算，避免了松卷等情況，此為T400的卷徑保持功能。

（4）張力控制實(shí)現(xiàn)
      在實(shí)際控制過(guò)程中，開(kāi)卷電機(jī)輸出總轉(zhuǎn)矩中包括帶鋼張力力矩，彎曲力矩補(bǔ)償，慣性補(bǔ)償，摩擦力矩補(bǔ)償，帶鋼厚度補(bǔ)償?shù)取?/p>

      每個(gè)補(bǔ)償力矩都有詳細(xì)的計(jì)算公式，這里不再贅述。工藝板內(nèi)功能塊根據(jù)帶鋼實(shí)際卷徑和張力設(shè)定值計(jì)算張力的力矩，并增加附加張力補(bǔ)償，最終得到張力力矩的設(shè)定值，來(lái)自張力控制器的力矩設(shè)定發(fā)送至變頻器，變頻器計(jì)算得到卷筒電機(jī)電流給定，完成變頻調(diào)速控制，最終實(shí)現(xiàn)張力控制。
4  結(jié)言
    T400由于自身運(yùn)算快，精度高，非常適合高速高精度控制場(chǎng)合，相對(duì)于PLC控制器，工藝板直接裝于傳動(dòng)設(shè)備內(nèi)，數(shù)據(jù)直接與傳動(dòng)裝置之間交換，大大減小了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間和響應(yīng)速度。T400除了有集成化的軟件包對(duì)特殊工況進(jìn)行控制外，內(nèi)有大量的自由功能塊，可以根據(jù)需求自由選用來(lái)達(dá)到用戶控制目的，其板內(nèi)集成的異態(tài)報(bào)警，故障診斷功能對(duì)于維護(hù)也起到很大的作用。通過(guò)T400在武鋼3號(hào)鍍鋅線開(kāi)卷機(jī)上的應(yīng)用，運(yùn)行良好，入口張力控制更為穩(wěn)定，滿足了生產(chǎn)要求，提高了工作效率。