欧陆全数字直流控制器在拉矫机组中的设计与应用

摘要：利用欧陆590P全数字直流控制器的强大功能，控制六台直流电机，使带钢按设定的延伸率进行拉伸，实现恒延伸率控制。

关键词：欧陆控制器 拉矫 恒张力 延伸率

0 引言

近年来，冷轧行业竞争加剧并呈现出日益激烈的态势。在这样的发展环境下，市场对冷轧带钢表面质量提出了更高的要求。为了满足市场的需求，拉矫机组的应用就显得至关重要，因为它在保证退火后的带钢表面质量上发挥着重要作用，能够使冷轧带钢板型得到有效处理。因此，保证拉矫机组的整条生产线的运转稳定就具有关键性意义。为此，我们选择了欧陆590P全数字直流控制器作为机组的传动装置，并实现电脑化控制。它的优势不仅在于运行稳定、占用空间小，而且由于专业软件模块的设置，使其使用更加方便。

1 生产线技术要求

1.1 最高线速度要达到300米/分钟，能够依照操作工对速度进行的设置，实现恒速运行。

1.2 通过控制和设定恒延伸率，对出口带钢较入口带钢拉伸矫正。

1.3 自动控制带钢恒张力。

2 系统构成及设计

2.1 系统构成

系统单线图

欧陆590P全数字直流控制器系统实现对生产线速度的控制，其方法就是基于对基准辊转速的调节，来影响带动这个生产线的速度。在运行状态中，差速辊的速度要低于基准辊。正是由于两者存在速度上的差值，才实现了拉伸并在速度逆变状态下实现差速辊的被动运行。在恒张力逆变状态下，开卷机与前张紧辊在运行中产生前张力。后张力则产生于电动恒张力状态下的卷取机与后张紧辊运行之中。矫平辊和弯曲辊位于差速辊与基准辊之间，并在以上各种力同时配合下产生一定张力并施加于带钢上。由于材料无法承受这种张力，于是便产生弹塑性变形，形成对带钢的拉伸矫平。

2.2 基准辊的恒速运行：（如基准辊电气原理图）

利用操作台上的电位器，将控制器A4口上的输入电压控制在0-10V范围内，并以该电压信号作为对基准辊的速度的规定。为了实现电流的满限幅，直接将电流限幅A6连接到10V上。同时，为了有效控制转速，要采用光电编码器来作速度反馈。在300米/分钟的最高线速度下，相比于电机的基速，基准辊的转速更高，这就需要对控制器内部励磁环进行一定的设定，即设置弱磁功能启动。当电机超过基速的95%时，弱磁升速启动。为了在单动环境下实现正反点动，以“228”作为C6的目的标记，使C4控制拉紧模块，C6控制放松模块。同时，设置拉紧放松1为5%，拉紧放松2为-5%。通过A7模拟口，将速度反馈输出到其他装置。

2.3 差速辊实现延伸率

要想实现延伸率，控制差速辊非常重要。在差速辊基准速度信号的设定上，选择基准辊取得的实际速度信号，并将其输入到控制器的A4口。欧陆控制器的一些专业模块软件可以用作电子电位计。在对C4的目的标记进行设定时，以上升模块的输入标记设定；而将C6设为下降模块的输入标记。以0到-6%作为模块的输出值范围，将速度给定设定为模块输出值与A4速度基准值的相加，并与速度环的输入相连接。于是，基准辊转速与延伸率设定值的差值就是差速辊的转速。在这种情况下，基准辊带动差速辊，差速辊电机工作于电动机的第二限（如下图所示）。由于本系统实施了无静差的速度调节，因此不会带来差速辊速度的加快。作为延伸率设定的显示值，上升/下降模块的输出在操作台上通过数字表显示出来。

带钢的延伸来自于基准辊与差速辊电机的速度给定之差，考虑到有两辊辊径与减速机存在差异，需要对两台电机的转速进行换算。通过测量两辊径，依据系统中两电机的减速比（10：1），计算出满给定状态下电机的转速并进行校准，保证在延伸率设定为0时，基准辊和差速辊线速度相等。

转速=最高线速度/辊周长*减速比

2.4 前张紧辊和后张紧辊的电流限幅通过设定A6来实现，在联动状态下达到速度满给定。鉴于其控制过程较为简单，因此不再赘述。需要注意的是，为了实现前张紧辊的逆变张力状态工作，其速度为反向的满给定。

2.5 随着带钢卷径的变化，开卷和卷取电机也发生相应变化，因此需要通过卷径计算以保证其在恒张力状态下工作。根据张力与电机转矩公式得：

T*D/2=i*KmφI

I=T*D/2/（i*Kmφ）

T表示张力，D表示带钢直径，Km为电机电磁转矩系数（为常数），i为减速比，φ为电机磁通量，I表示电机的电枢电流。

通过以上公式，电机在恒张力状态下的电枢电流限幅就可以被准确地计算出来。前后张紧辊的转速值对开卷和卷取电机线速度起到决定性影响，通过模拟口A2输入后与直径计算器模块的线速度相连接，将本电机转速反馈与模块的卷取速度相连接，经过实际调试后再进行校准，进而得出带卷直径数值。

之后，将卷径传送至综合设定点2，并乘以张力给定。本控制器无法直接得出磁通量，因此将励磁电流反馈作为除数，传送到综合设定点2。同时，控制该点的输出，以便控制开卷和卷取电机的恒张力。

2.6 该控制器实现了电流环PI参数的优化，并实现电流环的自动调谐。同时，还可以对电枢电流断续与连续之间的分界点进行准确定位，这样，控制器的电流环自适应功能就得以实现。

3 结束语

综上所述，欧陆590P全数字直流控制器具有很多特殊的优势：一是它能完成多种指令控制；二是它还能实现自诊断和自适应。除此之外，通过采用欧陆公司的编程软件Celite，该系统能够更直观地实现软件组态和参数修改。在冷轧带钢的生产过程中，该控制系统以稳定的性能和较低的故障率赢得了好评，有力地促进了产品质量的提高。

参考文献：

[1]赵家俊，魏立群.冷轧带钢生产问答[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[2]欧陆传动系统有限公司.590+系列直流数字式调速器说明书.

[3]陈伯时.电力拖动控制系统[M].北京：机械工业出版社，1991.

作者简介：董建伟（1975-），男，甘肃天水人，河北钢铁集团衡板公司冷轧厂技术科，助理工程师，研究方向为电气工程及自动化。杨维（1975-），男，河北衡水人，河北钢铁集团衡板公司冷轧厂技术科，工程师，研究方向为电气工程及自动化。黄伟（1977-），男，河北衡水人，河北钢铁集团衡水薄板有限公司，工程师，研究方向为设备管理和生产工艺管理。