卷取恒张力控制.docx

酸洗线卷取机恒张力控制原理及实现方法摘 要：卷取机张力的稳定性直接影响到清洗线产品的质量，卷取机的恒张力控制是卷绕自 动控制系统中的关键技术本文首先描述了实现恒张力控制的原理，通过分析选取了适合的 控制方法并结合意大利Ansaldo全数字直流传动装置SPDM给出了一种具体的实现方法， 这种方法搭建的系统在实际应用运行稳定，清洗效果良好关键词：张力控制最大力矩法全数字直流调速装置SPDMAbstract: The stability of the wind reel's tension will influence the quality of the acid cleaning ‘s product 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 the Italian Ansaldo's 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、概述近年来，市场上对铜带的需求有增无减，国际市场上铜产品价格呈强劲上涨趋势。

用户 对铜带产品表面的光洁度要求越来越高，同时企业对清洗的效率也提出了更高的要求传统 的清洗方式已不能满足企业的需要铜带清洗的质量一方面取决于工艺，另一方面也与卷取 机张力有密切的关系一般来说，卷取机张力的稳定性直接影响带材的质量和成品率尤其 在带材被拖动动态升降速的过程中，更要保持张力的恒定以免出现断带传统的卷取机张力 控制装置为模拟系统，其张力控制精度低，大约在±5%左右 ，而且由于调试困难，实际上 往往难以达到当前普遍采用全数字直流调速装置来实现恒张力控制意大利 Ansaldo 全 数字直流传动装置 SILCOPAC D 在冶金领域有着广泛的应用它有许多优异的性能如具有 电流、速度、电势环的自整定功能，可以通过串行总线进行大量的数据交换，可以通过软硬 件设定系统功能，满足用户多种需要等磁场控制由一个可控硅控制的调压器作为电机的励 磁控制，励磁控制模式可以是恒压控制、恒流控制以及自动弱磁升速控制利用 SILCOPAC D 可以方便的实现卷取机的恒张力控制本文的研究基于铜带酸洗线设计，主要讨论使卷取 机张力恒定的控制原理并结合Ansaldo直流调速装置（SPDM）说明其实现方法2、卷取机恒张力控制原理保持张力恒定通常采用间接张力控制方式。

所谓间接恒张力控制方式，就是只给定张力 设定值，不用检测器采集张力的实际值，对张力不形成闭环控制，而是通过对开卷机电流或 磁场的控制来间接实现对张力进行恒定控制的方法2.1 常用间接张力控制法通常采用的间接张力控制方式有2种：比例控制方式和最大力矩控制方式为了说明这 两种方式的差别，进行以下推导下图为卷取机示意图：g〔:；询——减速机——电机轴图1卷取机示意图铜带在进入卷取机前，一般经过一个S辊，S辊的作用是把清洗生产线的张力控制分隔成2段：开卷清洗段和卷取段，开卷清洗段张力较小，卷取段张力较大，二段张力互不影响设电动机轴上的转矩为M，则有：(1)D其中：C —电动机转矩常数1 —电枢电流aM0 —电动机主磁通设铜带的张力力矩为M，贝y：T(2)m = TDt 2ir\其中耳—机械传动效率设空载转矩为M ，加减速时所需的动态转矩为M ，则有以下的转矩平衡式: o gM 二 M + M + MD T O g如果忽略相对较小的空载转矩必和动态转矩叫，并联立式⑴和式⑵可得:TD2in从而得到张力T的近似表达式:(3)可知：要保持张力不变则需要保持害为常数使害为常数一般采用2种方法，一种0是令I和 分别不变，采用使电枢电流恒定的调节器和使磁通随卷径成比例变化的调节a D器。

这种方式叫比例控制方式另一种是卷取电动机在额定转速n以下运行时，使磁通等于 额定磁通，即，系统采用调节电枢电压调速为了保持张力恒定，就要求电枢电流e与卷材卷径成比例，即Ia为常数；在额定转速n以上运行时，才开始弱磁调速这种方法 叫最大力矩控制方式比例控制方式虽然结构简单，易于搭建控制系统，但它也有明显的缺点，只要系统不在 最大卷径下工作，电机始终处于弱磁状态，电机效率不能得到充分应用而且当卷径变化大 时，弱磁倍数也很大，对电机要求很高设备选型也很困难所以通常采用最大转矩法来实 现恒张力控制2.2空载转矩M和动态转矩M补偿Og前面的推导过程忽略了空载转矩M和动态转矩M，但在实际应用中，这两者是不能Og忽略的卷取机电机和带材均有运动惯性，在卷取速度发生变化时，会产生动态力矩，从而使张 力发生波动，所以要对电枢电流补偿以消除速度变化时对带材张力的影响每次速度发生变 化时，均应有相应的补偿电流投入动态补偿电流近似的计算方法是：I _ 1 GD2 60i dvg C 0 375 兀 D dtM空载补偿主要补偿机械损耗、风阻损耗等，它的补偿电流I可以通过实际测量得到0综上所述，为保证卷取机在卷绕过程中张力恒定，控制电动机的电流应该包括三个部分：张 力电流1、动态（惯性）补偿电流1和空载补偿电流1。

即：t g 0I _ I 土 I 土 Itg03、实现方法利用SPD M可以很方便的实现最大力矩式张力控制，系统的原理如图2所示：张丿」给走电图2张力控制系统原理3.1卷径计算在间接恒张力控制系统中，卷径是一个非常重要的参数，直接影响着张力控制的结果 线速度给定V取自速度控制模式S辊的线速度，当前电机运行的角速度Wg由编码器测得 则当前卷取机的卷径D为：D工Wg同时，为了保证计算结果正确，装置内部也须设定卷径限幅，如最小卷径、最大卷径等 参数SPDM的DIAMETER CALC （卷径计算）参数组可以很方便的设置当系统由静止转入运行时，由于线速度给定V和角速度反馈Wg都很小，所以采取这种方式 计算的卷径误差很大，这时可采用一个恒定的起始卷径值来建立初张力，只有当角速度超过 设定的门限值时，卷径计算功能才有效3.2速度调节器在卷径已知的情况下，用当前的线速度给定除以卷径，可以近似得到角速度给定速度 调节器的输出必须饱和，因为只有在速度调节器输出饱和的情况下，张力调节器输出对速度 调节器的限幅才会有作用为了使速度调节器输出饱和，可以采用附加给定的方法，对SPDM 而言，一般±10%的附加给定即可满足需要。

附加给定的参数是SPEED REG （速度调节器） 参数组中的CB2，可以选择附加速度给定源通过AUX.FUNCT.1参数组的CE1参数设定附加速 度给定值的大小3.3输出限幅在酸洗机组中，一般在基速以下不需弱磁即可满足实际生产的需要此时电机始终处于 满磁状态，电磁转矩大，电机的效率较高为了实现张力恒定，由式（3） T = 牛 可知只需等恒定即可，又因为是 满磁运行，故只需£为恒定即可通过输出限幅可以实现£恒定丄 TD = K TD K张力运算调节器根据当前的卷径值D，计算得到与之成正比变化的I的值，再加上必 a要的补偿一起作为速度环的输出限幅，同时也作为电流环的输入由于速度环输出始终是饱和的，所以I 0 D，I受到卷径D的控制，从而间接控制张力T恒定在SPDM中可以通 aa过设定CURRENT REG（电流调节器）参数组中的电枢电流限幅参数CA2来设定限幅在张 力控制模式下还需要用到辅助功能选项3.4 机械损失补偿和动态补偿空载补偿是为了补偿机械的摩擦力矩、风阻损耗力矩及卷材弯曲力矩等，这些大都与转 速有一定的关系，故采用一个恒定量或加一个与速度成线性关系的量进行补偿动态转矩M与速度变化，卷径机械加速时间、材料密度和带材宽度相关。

用SPDM实现这两种补偿 g的方法是根据实际情况设定惯量补偿和空载补偿对应的参数4、应用效果在十堰益民铜材厂三号清洗线中,采用了 Ansald o的全数字直流调速装置SPDM来控制卷 取机整套设备设计调试简单，且运行良好，完全达到了厂方的要求，薄带0.2MM）和厚 带（约1MM）的清洗都未出现断带情况参考文献：[1] 陈伯时 电力拖动自动控制系统 机械工业出版社 2000.6[2] 王小泉等 卷取机张力单片机控制系统 西安重型机械研究所 1997[3] 李志宏 酸碱洗清洗机列设计计算 有色金属加工 2003.4[4] 付艳鹏，金晓宏 开卷张力控制中钢卷直径的获取 武汉科技大学学报（自然科学版）2005.12[5] Ansaldo industry SILCOPAC D introduce. 2003.8。