２０１０年第２期钢铁总１１４期６ＳＥ７０变频器在彩涂机组１号张力辊上的应用及优化孟建文（八一钢铁股份有限公司）摘要：张力辊在带钢生产机组中广泛使用，提高张力辊控制的稳定性和控制精度对于保证机组的顺利进行，发挥机组的产能，提高产品的质量有着十分重要的意义。分析了彩涂生产机组中张力辊的控制原理，介绍了６ＳＥ７０变频器在张力辊控制中的应用以及张力辊组的转矩控制的实现方法。关键词：张力辊；主动辊；从动辊；转矩文献标识码：Ｂ中图分类号：ＴＭ９２１．５文章编号：１６７２－－４２２４（２０１０）０２－－－－００３６咖３ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆ６ＳＥ７０ＩｎｖｅｒｔｅｒｓｉｎＣｏｌｏｕｒｅｄＰａｉｎｔｉｎｇＭｉｌｌＭＥＮＧＪｉａｎ・—ｗｅｎ（ＸｉｎｊｉａｎｇＢａｙｉＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＳｔｏｃｋＣｏ．Ｌｔｄ、Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｒｉｄｌｅｒｏｌｌｉｓｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙｉｎｓｔｒｉｐｍｉｌｌ．Ｉｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｄｉｅｓｆｏｒｓｍｏｏｔｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｅｘｅｒｔｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｏｉｍｐｍｖｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆｂｒｉ－ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｄｅｌｉｖｅｒｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｂｒｉｄｌｅｓｉｎｃｏｌｏｕｒｅｄｐａｉｎｔｉｎｇｍｉｌｌａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ６ＳＥ７０ｉｎｂｒｉｄｌｅｏｆｂｒｉｄｌｅｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．ｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｌｅ；ａｃｔｅｖｅｒｏｌｌ；ｐａｓｓｉｖｅｒｏｌｌ；ｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒ０１．Ｔｈｅｉｍ－１前言张力辊组在带钢生产的各机组中广泛应用，张２控制系统配置２．１系统配置彩涂机组自动控制采用西门子￥７－４００系列力辊用于在带钢生产机组实现张力调节的设备。张力辊工作原理为带钢包绕在张力辊上，在其包绕接ＰＬＣ控制系统，传动控制系统采用６ＳＥ７０变频器全触处（及包角处）产生摩擦力，使出口张力与入口张力按某种规律变化，借此改变带钢的张力值，对机组实现张力控制。张力辊组能够起到防止带钢打滑和跑偏，保持机组张力以保证机组生产的顺利进行。张数字交流变频传动控制系统。传动控制系统由整流单元和逆变器构成。整个机组按照区域划分入口段、中间段及出口段各自由一台整流变压器供电，通过整流单元给相应区域的逆变器供电，整流单元为带有预充电回路的６脉动整流桥。直流母线上配置制动单元，当直流母线上电压高于设定值时，制动单元工作切入制动电阻将母线上的一部分能量消耗到制动电阻上。变频器配置如图１所示。力辊由主动辊、从动辊、压辊组成。八钢公司冷轧彩涂机组自动化控制系统采用采用西门子Ｓ７４００系列ＰＬＣ，传动控制采用６ＳＥ７０ｓＩＭＯＶＥＲＴＭＡＳＴＥＲ—ＤＲＩＶＥＳ矢量控制三相交流电压源型变频调速系统，人机接口软件采用西门子ＷＩＮＣＣ６．０。实现张力辊控制的稳定性和精度控制对机组的生产具有重要的意义，掌握张力辊的自动控制原理有利于维护和优化张力辊控制系统，保证生产流程的顺畅。图１变频器配置图联系人：盂建文，男，３５岁，本科，电气工程师，乌鲁木齐（８３００２２）八一钢铁股份有限公司轧钢厂冷轧分厂Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｅｎｇｊｗ＠ｂｙｇｔ．ｏＤｎｌ．ｃｎ万方数据２０１０年第２期钢铁总１１４期２．２软件功能６ＳＥ７０系列变频器可提供Ｖ／ｆ特性曲线的控制和用于中等或高动态特性要求的传动装置的矢量控制，６种开／闭环控制类型可供选择，可针对不同工艺条件选择最优的功能参数以满足各种应用场合。变频器调试简单方便，变频调速系统提供电机数据辨识及胡调节器优化等功能，使变频器的调试及启动方便快捷。利用包含在基本软件中的自由功能模块和ＢＩＣＯ技术，可以根据实际需要对传动系统进行方便灵活的扩展以适用各种不同的使用场合。在标准装置中还提供了ＢＩＣＯ数据组、功能数据组ＦＤＳ、电机数据组ＭＤＳ，可以根据不同的应用和不同电机采用不同的控制参数。６ＳＥ７０系列变频器提供了处理器卡、通讯卡、工艺卡及ＩＯ扩展卡，可以根据应用需要对硬件进行方便灵活的扩展。３张力辊控制带钢生产机组实现带钢的速度和张力的稳定性和控制精度才能保证机组生产的顺利进行。张力辊的控制主要为速度控制和转矩控制实现对带钢张力的间接控制。张力辊的控制模式可分为张力辊点动正反转、人口设备联点动正反转、机组运行速度、静止状态。在张力辊运行过程中根据张力辊出人口张力的大小，张力辊会处于两种工作状态，电动状态或发电状态。张力辊布置如图２所示。夹送辊缝合机压机图２张力辊布置图３．２转矩参考值计算为发挥机组的最大产能和效率并且保证机组的稳定运行，在实际运行过程中应根据不同厚度和宽度规格的带钢设置张力辊前后的张力参考值。张力参考值的设置应依据带钢厚度、宽度、张力辊辊径、张力辊包角、摩擦系数、电机的额定功率及转矩等综合因素确定张力辊组的前后张力参考值。工艺技术人员只需设置瓦、瓦的张力，控制系统就能自动计算出张力辊组电机的输出转矩。张力辊电机输出转矩的大小和工作的状态取决于张力辊人口张力及出１３张力参考值设置的大小。实际生产过程中工艺人员根据带钢的厚度及宽度设置合适的单位张力，控制系统自动将单位张力换算成总张力并计算电机所万方数据需转矩。Ｔ人口总张力＝Ｗｉｄｔｈ（ｒａｍ）×Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（ｍｍ）×Ｔ人口单位张力（Ｎ／ｍｍ２）Ｔ出口总张力＝Ｗｉｄｔｈ（ｍｍ）×Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（ｍｍ）×Ｔ出口单位张力（Ｎ／ｍⅡ１２）张力辊转矩为Ｍ－－（Ｔ人口总张力一Ｔ出口总张力）×Ｄ×１２／ｉ其中，Ｄ为主动辊张力辊直径；ｊ为张力辊齿轮箱减速比。３．３张力辊工作状态机组处于运行时张力辊出口侧电机作为主动辊，而入口侧张力辊作为从动辊。当出口张力瓦＞瓦时，张力辊电机工作于发电状态，电机输出转矩方向与带钢运行方向相反。当出口张力乃＜疋时，张力辊电机工作于电动状态，电机输出转矩方向与带钢运行方向相同。在实际运行中可根据电机实际的转矩方向和大小调整张力辊前后的张力的大小，确保机组最优化运行。张力辊主从控制框图如图３所示。图３张力辊主从控制枢图３，４控制模式切换当张力辊区域的的设备联点动正反转、机组处于运行速度、静张状态时，即机组处于联动模式时张力辊组处于主从控制模式。当机组处于联动模式进行正反转时，张力辊组两辊之间将进行主从切换。当机组处于联动正转或静张状态时，ｌ号张力辊的人口辊作为主辊即速度辊，变频器工作于速度环，出口辊电机作为从辊工作于转矩控制模式。当机组处于联动反转，１号张力辊的出口辊作为主辊即速度辊。变频器工作于速度环，入口辊电机作为从辊工作于转矩控制模式。无论电机处于主动辊或从动辊控制均要对电机的输出转矩进行限幅。处于主动辊的电机变频器的速度参考值来自ＰＬＣ控制系统的速度斜率发生器，从动辊的速度参考值取自主动辊的速度实际值。主从切换控制在ＰＬＣ中的实现通过联动模式下主动辊的速度参考值的方向来实现。在ＰＬＣ中将主从切换控制信号打包进通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络通讯３７２０１０年第２期钢铁总１１４期ＰＬＣ发送给变频调速系统的控制字２中的２７位，在传动控制系统参数Ｐ５８７设置为对应于主从切换的来自Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络的通讯位Ｂ３２１１。Ｐ５８７参数的功能用于选择读入主动／从动切换指令的开关量连接状态，张力辊的抬起和落下由自动控制程序控制。当机组停车保持张力或甩尾进行缝合时机组时，张力辊组的压辊自动落下，使带钢建立初始张力防止带钢在棍子表面打滑。控制信号采用变频器的实际速度反馈信号，当速度大于设定值时，压辊打开，当速器的ＢＩＣＯ参数。当Ｐ５８７对应的参数值为０时传动控制系统按速度设置进行即作为主动装置。当Ｐ５８７对应的参数值为１时传动控制系统按转矩设定值进行控制即作为从动装置。当变频装置的控制模式是度小于设定值时压辊落下。４实际运行中的注意事项为了保证张力辊控制的稳定性、控制精度以及从动控制时，系统根据转矩参考值的方向产生相应方向的最大速度的参考值从而使速度环工作于饱和状态，转矩给定值作为转矩限幅环节的转矩正向和维护张力辊的运行状态，在实际生产中采取一些技术措施：反向限幅值。变频器从动控制系统如图４所示。（１）张力辊工作一定时间后，辊面的粗糙度降低易产生打滑现象，影响带钢表面质量并且会造成张力波动，因此要定期对张力辊的粗糙度进行检测并磨削。（２）张力辊辊径发生变化后需对实际辊径进行测量并将辊径输入ＰＬＣ控制系统以保证速度控制的精度。（３）张力辊前后张力的设置将影响张力辊的实际输出负荷。实际运行中应该根据实际的带钢的厚运厦实际僵图４从动控制系统图当张力辊电机以从动模式工作时电机转矩参考值的大小来自主动电机的变频调速装置速度环的输出即转矩参考值。主动工作模式的电机的转矩参考值通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ网络发送到ＰＬＣ，ＰＬＣ系统根据从动度和宽度及实际张力辊电机的负荷调整张力参考值，以保证机组的顺利运行并且发挥最大的效率。５辊电机的最大转矩进行限幅，再通过Ｐｒｏｆｉｂｕｓ发送给从动辊变频器。主动辊的转矩参考值与从动辊的结束语张力辊在带钢生产机组中广泛使用，提高张力转矩参考值大小相对各自电机额定转矩的百分比相同。３．４压辊控制张力辊压辊操作模式有本地手动模式和远程自动操作模式。处于自动操作模式时，根据机组的运行辊控制的稳定性和控制精度对于保证机组的顺利进行，发挥机组的产能，提高产品的质量有着十分重要的意义。西门子６ＳＥ７０变频器性能可靠、工作稳定、控制精度高，扩展性灵活可适用于张力辊的传动控制系统。参考文献【ｌ】丁修挚．轧制自动化．北京：冶金工业出版社．１９８６．【２１汪祥能．丁惨垒．现代带钢连轧控制．沈阳：东北大学出版杜．１９９６【３１赵刚，杨永立．轧制过程的计算机控制系统．北京：冶金工业出版社，２００２【４】刘蚧．冶金自动化基础．北京：冶金工业出版社．２００６【５】刘蚧．冷轧生产自动化技术．北京：冶金工业出版社．２００６３８万方数据
