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)定張力下運行。在恒定的張力的作用下，可以使帶鋼對中準確，并保證了生產(chǎn)線上的工藝要求。如果張力波動大，不僅會影響設(shè)備運行，還會導(dǎo)致頻繁的斷帶事故，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。在實際控制系統(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。本文針對此問題，提出基于T400的開卷機張力控制方案，從工藝要求和經(jīng)濟成本上考慮，開卷機不設(shè)張力檢測設(shè)備，因此開卷機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，不用張力檢測器采集張力實際值，張力不形成閉環(huán)控制，而采取開卷機轉(zhuǎn)矩電流控制，系統(tǒng)相當(dāng)于只有電流環(huán)在工作。開卷機開卷以后，卷徑不斷發(fā)生變化，從而引起張力變化。

      工作時，入口夾送輥拉動帶鋼，開卷機這時施加與開卷方向相反的轉(zhuǎn)矩 ,使夾送輥與開卷機之間的帶鋼具有張力，張力的大小與開卷機電磁轉(zhuǎn)矩的大小成正比，在穩(wěn)速度帶鋼開卷過程中，隨著鋼卷卷徑的減小，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也隨之減小，但入口段若要保持恒張力，電動機轉(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。

      可見在基速以下，由于 不變，只要保證開卷機電流隨著卷徑成正比例變化，即可實現(xiàn)恒張力控制。

      在基速以上時，為弱磁生速階段，反電動勢E保持不變。

n：開卷機角速度；

D：開卷機卷徑

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

3  間接張力控制

3.1  T400工藝板簡介

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

      T400技術(shù)模塊可以通過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)動之間的通訊通過雙口RAM實現(xiàn),此外還可以通過PROFIBUS DP，USS與上位機進行通訊。

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。三個模板全部安裝在主傳動單元插槽內(nèi)，并且通過局部總線適配器（LBA）相互連接。CU板是西門子傳動裝置的控制板，CBP板負責(zé)與PROFIBUS通訊。T400工藝板和主驅(qū)動之間的參數(shù)傳遞是由并行雙口RAM接口實現(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，從上位機或者操作臺來的信號設(shè)定張力T的大小，即張力電位計的輸入。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)過補償后成為速度調(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，電機電流I變大，對應(yīng) = 中， 亦大；開卷運行后，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的卷徑計算

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

      式中 ：卷徑計算值； ：每個測量周期內(nèi)芯軸轉(zhuǎn)動次數(shù)；hs：當(dāng)前帶鋼厚度；

      由于存在輥子打滑，鋼卷離心率等外部干擾因素，鋼卷計算至少會采取額外的一種測量方式進行糾正計算量。一般采取的方式是利用開卷機附近的某個導(dǎo)向輥上編碼器的值，進行同步糾偏。

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

（4）張力控制實現(xiàn)
      在實際控制過程中，開卷電機輸出總轉(zhuǎn)矩中包括帶鋼張力力矩，彎曲力矩補償，慣性補償，摩擦力矩補償，帶鋼厚度補償?shù)取?/p>

      每個補償力矩都有詳細的計算公式，這里不再贅述。工藝板內(nèi)功能塊根據(jù)帶鋼實際卷徑和張力設(shè)定值計算張力的力矩，并增加附加張力補償，最終得到張力力矩的設(shè)定值，來自張力控制器的力矩設(shè)定發(fā)送至變頻器，變頻器計算得到卷筒電機電流給定，完成變頻調(diào)速控制，最終實現(xiàn)張力控制。
4  結(jié)言
    T400由于自身運算快，精度高，非常適合高速高精度控制場合，相對于PLC控制器，工藝板直接裝于傳動設(shè)備內(nèi)，數(shù)據(jù)直接與傳動裝置之間交換，大大減小了數(shù)據(jù)傳輸時間和響應(yīng)速度。T400除了有集成化的軟件包對特殊工況進行控制外，內(nèi)有大量的自由功能塊，可以根據(jù)需求自由選用來達到用戶控制目的，其板內(nèi)集成的異態(tài)報警，故障診斷功能對于維護也起到很大的作用。通過T400在武鋼3號鍍鋅線開卷機上的應(yīng)用，運行良好，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。