1、浅析变频卷取一种恒线速度控制方法【摘 要】 本文使用接近开关，产生脉冲的方式，检测卷绕圈数，用 PLC编程进行内部计算，实现的变频卷取机恒线速度控制方法。已应用在带钢纵剪生产线的卷取主传动控制上，实现了圆盘剪和卷取机动态同步的效果。 【关键词】恒线速度、送剪、同步、卷径、速度给定 中图分类号：TN77 文献标识码： A 引言 为满足冷弯型钢生产的需求，为其原料配套一台国产纵剪机组，剪切范围为：4-162000mm。机组剪切速度：拉剪为 20-40m/min；主动剪最快 35m/min；整个电气系统主要控制机组的交流变频传动系统，液压系统和气路系统。以一套 SIEMENS S7-300系列 PL
2、C可编程控制器为控制核心，配以一套 SIEMENS TP170触摸屏人机界面、三套 SIEMENS 6SE70系列全数字交流变频调速系统和其它交流传动控制和各种检测传感器。采用 Profibus-DP总线和远程 I/O布线；其中用一种简单实用的方式实现卷取机恒线速度控制。 问题提出 纵剪是冷弯轧制中一个重要的环节，其生产按照剪切的工艺来分，可分为两种剪切方式：拉剪和送剪。所谓拉剪是圆盘剪机械离合器脱开，圆盘剪被动运行，由卷取机拖动带钢传递剪切动力，卷取速度由卷取机来决定。所谓送剪是卷取机和圆盘剪同步运行，两者工作时的线速度基本保持一致。 按照工艺要求，对 4-10mm钢带，通常使用送剪；10-
3、16mm 钢带，通常使用拉剪。其原因是：薄钢带生产，如使用拉剪工艺，其结果是产品在生产过程中易拉变形，出现镰刀弯; 厚钢带生产，如使用拉剪工艺，其结果是电气、机械承受的负载大，电气、机械设备有受损的可能。 轧机生产线上多采用多机同步传动，如冷弯成型机组的成型机与定径机的同步控制是在恒转矩负载下的同步控制，即同时给多机同一个给定值，主给定进调速需配有速度附加给定，进行速度微调。如果在各个机架间建立张力，通过张力给定叠加到系统中，可对电机转矩和张力进行控制。实现张力下的恒线速度控制。拉剪方式下，不考虑圆盘剪和卷取机的同步控制。用送剪生产的纵剪机组，就必须考虑圆盘剪和卷取这两者的线速度要基本保持一致
4、，最好略微带一点张力，以保证在卷取过程中不出现散卷现象，影响卷取质量。 本机组卷取机交流变频调速选用的是西门子 6SE70系列全数字交流变频调速系统，采用脉冲测量卷径变化，配合张力控制程序以达到较好的恒线速度控制。卷取类传动系统的特点是带料在卷绕过程中各级要保证线速度一致，通过各级转速同步，卷径、张力检测、跟踪控制来实现卷曲的协调控制。 此方案旨在解决卷取机的速度控制，恒线速度是卷取控制的基本要求，配合张力控制才能满足卷取工艺的要求。而恒线速度控制要找出转速和卷径的关系。而转速与变频传动装置给定控制电压是线性关系，也就是要找出给定电压和卷径 D的函数关系。 实现按卷径变化的卷取机给定控制的方法
5、 已知旋转运动(带速比箱)的线速度为 （1） 式中 D为卷径，n 为转速，i 为速比，则有 转速（2） 变频器给定与输出的转速成线性关系，当给定电压改变后，转速实时跟随变化。采用转速闭环控制，交流电机机械特性得到改善，速度的跟随性、抗负载扰动的能力得到了大大提高。 若设是卷取电动机交流变频调速装置的给定控制电压（0-10V） ，那么 N，当增大，n 必然是增大的，依据上式可得出重要的关系。可以看出，给定控制电压 与卷径 D近似成反比关系。如果通过某种方法实现按卷径D变化的反比关系改变来控制电压，即可实现卷径和转速的对应关系。 若设 Uk0为初始给定电压；D0 为卷取机芯轴的直径（760mm）;
6、Uk-act实际给定电压；Dact 为实际卷径值，Dact=D0+mH，其中 m为接近开关检测卷径的次数；H 为钢板的厚度；可近似得到如下计算公式： 控制原理、程序设计 如图 1所示。首先，将其 Uk（0-10V）的模拟量信号送入 PLC的中模拟输入 PIW754中，将给定电压换算为转速，经 PLC转换后，分别送给圆盘剪、卷取机的变频器，其中圆盘剪的速度为设定转速，卷取机的给定将计算后的转速给定值送入卷取机变频装置 PQW752，进行实时调整。 为增强调速的稳定性和，可另外设置转速附件给定作为卷取速度的补偿，实现速度的人工调整，确保生产稳定。 图 1 恒线速度控制原理图 卷径检测 实现的方法是
7、通过接近开关作用于卷轴机构上，通过检测卷轴机构上感应挡块，来检测卷径 D的变化。卷取机的给定电压通过卷径 D的变化而改变，控制卷取机的转速 n也随之变化，从而维持带料线速度的近似恒定。完带钢卷取后，通过卷径复位，重复以上过程。卷径检测设置如图 2所示： 图 2卷径检测示意图 注意：生产开始前，操作人员先设定了一个初始卷径，它是一个跟实际值相同的设定，当按下卷径复位时，初始卷径数值应与设定初始卷径相同，否则可能会卷取速度过快。 精度控制 卷取机生产时，芯轴每转一圈卷径增加二倍的板厚。卷径变化量与检测挡块的数量来有关，挡块均匀分布于圆周上，挡块经过接近开关一次，即可完成一次卷径的调整，从而确定转速
8、的调整量。挡块多，速度控制精确也显著提高。如果用增量型编码器可完全实现线速度的平滑过渡，使卷取速度得到优化。 本文分析使用一种简单实用的恒线速度控制的方法，用接近开关及配套的控制装置实现卷取恒线速度的控制。该种方式可满足中厚带钢生产的卷取要求。配套的交流变频调速系统以其良好的机械特性及成熟的控制装置，得到了广泛的应用，尤其在低转速、大转矩要求下体现良好的性能。令外本文也引申增加接近开关的数量，可以有效提高控制精度，即脉冲数与控制精度成正比，如果采用编码器方式作为检测，脉冲足够多时，可近似认为平滑调速。配合开卷、圆盘剪、卷取之间通过张力计算的引入，可实现较高精度和高质量的恒线速度控制。 结语 本文介绍的恒线速度控制是卷取张力控制的一部分,是卷取控制系统中的恒线速度实现的一种方法，已经在不同的机组上成功试验过,与张力控制紧密配合取得了较好的效果。可以满足生产控制的要求。 参考文献： 1 陈伯时， 自动控制系统 ，机械工业出版社，1987 2 杨兴瑶， 电动机调速的原理及系统 ，水利电力出版社，1979 3SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制使用大全 4 廖常初， S7-300/400PLC 应用技术 ，机械工业出版社，2011
