变频器在张力卷绕控制中的应用

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1、变频器在张力卷绕控制中的应用TheApplicationofInverterinSteelBeltWinding作者：成都希望电子研究所    陈   林    李   居    李明才摘要：本文介绍了如何使用森兰SB80B变频器的转矩控制实现钢带的恒张力卷绕，并提供了一种利用SB80B可编程单元实现断带检测的方法。英文摘要：ThispaperisabouthowtorealizeconstanttensionwindingwithtorquecontrolfunctionofSB80Binverter,andintroducesameth

2、odtodetectabrokensteelbelt.关键词：SB80B变频器   恒张力   转矩控制   可编程单元    1  引言某轧钢厂的一条生产线，将表面未经处理、待轧的钢带经过酸洗、轧压、切边后，处理成表面洁净、厚度均匀的钢带，收卷后用于后续工序的精加工。卷绕的钢带厚度有3种(2mm、2.75mm、3mm)，卷径变化从610mm到1900mm，要求整个收卷过程保持张力恒定，不带张力传感器，收卷电机110kW，有编码器，每转脉冲数为1000，减速比为36，卷绕控制通过森兰SB80B变频器的转矩控制功能完成。SB80B变频器是森兰

3、变频器制造有限公司自主开发的新一代低噪声、高性能、多功能的工程型矢量控制变频器。它应用极其广泛，这主要得利于它的模块化设计及多种选配件，模块有两个层次:通用功能模块，如PID控制、多段频率、自动节能运行等;行业专用功能模块，如位置控制，纺织应用、恒压供水应用等。它还具有丰富的可编程模块，功能非常完整，编程灵活方便，包括:两个多功能比较器、两个逻辑单元、两个定时器、一个计数器(高速计数方式可对高达300kHz的脉冲信号进行计数，计数器的计数值和计数偏差可以通过功能码查询)、四个算术单元和一个低通滤波器。用户可以根据所需对SB80B的资源进行编

4、程，既可以利用它的可编程功能模块来配合专用功能模块的使用，也可以和通用功能模块配合来实现更多行业的更广泛的功能。在本次应用中，可通过SB80B的可编程资源实现卷径计算、给定转矩计算、材料厚度更改和断带检测等专业应用功能。2  系统设计系统中没有张力传感器，有测速编码器，可以选择有PG的转矩矢量控制，通过直接控制电机的输出转矩保持张力恒定。转矩控制下不对速度进行控制，因此应根据系统设置适当的速度极限。给定转矩根据卷径和需要的张力值计算，具体过程如下:设卷轴需要的转矩值为T，单位为N·m，以2.5倍TN为100％的卷轴需要的转矩百分比值为T′;

5、注:额定转矩TN=9550×PN/nN,其中PN为电机额定功率(kW)，N为电机额定转速(r/min)。张力为F，单位为N;最终卷径为Dmax，单位为m;初始卷径为D0，单位为m;实时卷径为D，单位为m;以Dmax为100％的卷径百分比值为D′;钢带厚度为S，单位为m。减速比为i，为电机转速和卷轴转速的比。则T=(F×D)/(2×i)，得到     可以推出    可以得到        用户要求当收卷到最终卷径时，输出转矩为额定转矩TN，所以，最后的转矩给定值为卷径D通过厚度积分法来计算，初始卷径D0已知，负载每旋转一周，卷径的增加量为钢

6、带的厚度，利用SB80B的计数器累加编码器的Z脉冲(编码器每旋转一周出现一次)个数，可得到实时卷径。此时的计数器就相当于一个卷径传感器，计数器的输出就是以最终卷径为100％的信号D′，再通过算术单元1计算出给定转矩T′，就可以实现恒张力的转矩控制了。为使计数器正常工作，需根据最终卷径、初始卷径和钢带厚度计算下面两个值:计数器预置值(代表初始卷径)＝(初始卷径×i)/(钢带厚度×2)＝(D0×i)/(2×S);(取整数部分);设定计数值(代表最终卷径)＝(最终卷径×i)/(钢带厚度×2)＝(Dmax×i)/(2×S);(取整数部分);需要注意

7、的是，计数器的最大计数值为65000，只有在(Dmax×i)/(2×S)≤65000时，才可以使用本方法。用户生产的钢带厚度一共有3种，厚度改变后，CL-26(计数器预置值)和CL-27(设定计数值)也必须改变才能正确控制转矩的变化，但用户的生产线操作台与变频器相隔很远，修改参数很不方便，因此我们通过调整AI2来适应不同钢带厚度的要求。思路如下:以2mm厚度计算得到的CL-27为17100，当负载每旋转一周，卷径应增加36/17100(36为传动比)，当卷绕的是3mm钢板时(CL-27的值应该是11400)，负载每旋转一周，卷径增加36/1

8、1400，可以看出，每个Z脉冲对卷径的增加量是随着钢带厚度变化的，如果最开始把CL-26和CL-27修改为以2mm的厚度计算的结果，当需要卷绕3mm的钢板时，应把计数器偏差乘以1