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任光法，杜俊明，罗力
（球速体育，四川 成都 610207）
摘要：在不锈钢带连退酸洗历程中，对速度和张力的控制，决定了产品的品质；而用户对高品质、高效率的需求，使系统稳定、可靠运行成为一定要求。因此具有高性能、高可靠性的焦点部件——变频器，将成为高品质不锈钢产品的重要包管。球速体育变频以其20余年的技术积淀，在此领域取得突破，乐成应用于1250mm不锈钢生产线，开创了国产变频器在工程型庞大控制系统应用的先例，在冶金连续生产中关于国产替代进口具有示范意义。
要害词：酸洗；变频器；矢量控制；转矩控制；主从控制
Application of Senlan Inverters for 1250mm ContinuousStainless Strip Annealing and Pickling
REN Guang-fa, DU Jun-ming，LUO Li
(Hope Senlan Science and Technology HoldingCorp.,Ltd., 610207 Chengdu Sichuan)
Abstract：In the continuous stainless strip annealingpickling process, the speed and tension control, determines the quality of theproducts. It becomes an inevitable requirement that the system is stable,reliable operation to satisfy the user’s demands for high-quality and highefficiency. Therefore, with high performance, high reliability, the keycomponent - inverter, will be an important guarantee for high-quality stainlessstrip products. Senlan inverters with its more than 20 years of technicalaccumulation, a breakthrough in the field, have been successfully applied to1250mm stainless strip production line, create a domestic inverter in theapplication of complex engineering control system precedent, and demonstrate insteadof imported in the continuous metallurgy.
Keywords：Pickling; Inverter; VectorControl; Torque Control; Master-Slave Control
1、酸洗工艺历程简介
热轧不锈钢带外貌笼罩着一层黑灰色氧化铁皮，厚度在7.5-15μm，甚至到20μm，为包管制品钢带的外貌质量，减少后续冷轧等深加工时磨损和能耗，要去除氧化层，而利用酸与铁的氧化物爆发化学反应的基来源理，清除外貌的油污、锈斑、氧化层、游离铁等污垢，并进行钝化，处理后的外貌酿成均匀银白色，耐腐化能力提高15-50倍，此历程即为不锈钢带的酸洗钝化处理。
不锈钢带的连续酸洗是指在开卷、换卷或收卷、卸卷时，带钢连续地通过盛有酸溶液的酸洗槽而不绝车，具有产能高、生产本钱低的优点，也有投资高，占地面积大的缺点，可为带钢冷轧机提供优良的酸洗带卷产品。连续酸洗机组一般分为入口段、工艺段和出口段，各段可单独运行，也可协调运行；在确保机组宁静、高效、稳定操作运行的同时，能够充分满足用户对带钢连续酸洗生产较高的经济、环保等指标要求。
客户现场即为1250mm不锈钢带连退酸洗生产线，工艺流程如图1所示，由开卷机到入口活套为入口段，从入口活套到出口活套为工艺段，后续至收卷机为出口段。整个生产工艺流程共有50多台电机拖动，要害工位为开卷机、牵引矫平机、张力辊（1#-9#张力辊均为双电机组成的S辊）、入口活套、出口活套、收卷机事情在闭环矢量控制，凭据工艺要求事情在速度控制或者转矩控制模式，其他如上料车、下料车、夹送辊、支撑辊、风机、破鳞机、抛丸机等要求不高可选择VF控制或开环矢量控制。
图1 连续酸洗工艺示意图
Fig.1 Constitution ofcontinuous strip annealing and pickling process
三个段的速度划分由1#、4#、9#张力辊中的一台（主机）确定，另一台或几台（从机）做转矩追随，实现负荷均衡分派。整个系统具有穿带功效、双开卷机切换、静态建张、三段协调控制等功效，各段通过速度或转矩控制维持静态或动态的平衡。工艺段的速度对不锈钢带的酸洗品质起决定作用，过快，酸洗深度不敷，可能制品中仍有斑迹保存；过慢，易爆发过腐化和氢脆现象。而收支口活套依靠活套中的储料在换卷历程中起到缓冲作用，坚持工艺段速度稳定或者微降。
2 、组网组成及数据交互
图2 控制系统组网示意图
Fig.2 Network connection ofcontrol system
如图2所示，整个连退酸洗控制系统接纳Wincc通用监控系统、PLC控制技术和Profibus-DP现场总线相结合的控制计划，由PLC实现控制和数据收罗功效，由Wincc组态软件实现实时监控、显示设备运行状态、数据盘问等功效，完成对设备的远程监控和故障诊断，提高了生产线电气控制系统的自动化水平，实现高精度、实时性好的参数丈量及控制。中控室凭据经验设定酸洗工艺段运行速度，系统将自动调解入口段和出口段速度，协调运行。
考虑实际应用情况，选择PLC与变频器Profibus-DP通讯的数据类型为PPO4，即除控制字、速度给定及其应答外，读写4个历程数据，其意义见表1：
表1：PLC与变频器间的历程数据
Tab.1 Process data between PLC and inverter
CW | REF | CPD1 | CPD2 | CPD3 | CPD4 |
控制字 | 速度给定 | 转矩给定 | 未使用 | 未使用 | 未使用 |
SW | ACK | SPD1 | SPD2 | SPD3 | SPD4 |
状态字 | 运行转速 | 运行电流 | 运行转矩 | 位置1 | 位置2 |
控制字中包括起�？刂啤⒙龀宸獗铡⒔艏蓖３怠⒐收细次弧⒆�/速度控制切换等功效；状态字中包括上电就绪、运行就绪、故障、报警、目今控制方法等反响信息。历程字中的“位置1、2”来源于电机端的编码器正交计数，用于收、放卷的卷径盘算，便当实现高精度的恒张力控制。由通讯给出的“速度给定”和“转矩给定”哪个有效，取决于系统的需求，当为速度控制时，“速度给定”有效，而“转矩给定”则可以选择作为速度调理器的输出限幅；相反，目今为转矩控制时，“转矩给定”有效，而“速度给定”可以作为速度限幅，避免生产线泛起飞车。
3、变频器的要害功效
SB70系列变频器是公司于2006年推出的通用型矢量控制产品，其控制性能、可靠性、接口灵活性等在此次应用中得以充分展现。
3.1 变频器的特点
SB70系列变频器接纳转子磁场定向技术，实现对电机励磁电流和转矩电流的高精度解耦控制，使电机具有0.02%的稳态转速精度，5%的转矩精度，转矩响应时间在10ms左右，可与直流调速系统相媲美。
变频器所内置的高速脉冲输出PFO和高速脉冲输入PFI端子及功效，可以完美的适用于系统的主从负荷分派，具有数据精度高、抗滋扰能力强、响应快（毫秒级）、无延迟等特点。
全系列变频器具有富厚的选配件，如现场选用的是24V电压品级的编码器接口板，兼容多种输出类型的编码器，具有带载能力强、抗滋扰能力强的优点；高可靠性的DP通讯转换�？�，内置球速体育控制功效，便于用户参数配置组态。
3.2 速度与转矩控制的选择
如前所述，变频器接收来自PLC的控制指令和给定值，凭据参数设定和控制指令中的“转矩/速度切换”确定目今控制模式，如图3所示。如抛丸机仅取速度指令；收卷机则速度和转矩都要用，空卷定位、钢带咬合后首圈、满卷切断后等均为速度控制，正常收卷时为转矩控制，转矩给定值来自钢带张力与目今卷径的乘积（传动比及转矩标定此处未考虑）；活套除穿带外，一直事情在转矩控制模式；作为开卷机，先正向送卷，使钢带延伸至牵引矫直机，焊接后，转为反向速度控制，并加以转矩限幅，在正常运行时，因速度给定和目今速度反向，速度调理器事情在饱和的转矩限幅状态，使开卷处的张力值坚持恒定，限幅转矩的盘算与收卷处原理相同；应用最多的张力辊，被选作主机的事情在速度控制模式，其他事情在转矩控制模式，只是转矩的来源略有区别。
图3 转矩/速度切换图
Fig.3 Selection of the torqueor speed control
3.3 主从控制及负荷分派
关于入口段、工艺段和出口段中速度控制的3个主机全程接纳速度控制，而其从机选择转矩控制。主机的PFO端子输出本机的“转矩给定”，从机的PFI端子接收数据，作为从机的“转矩给定”，实现负荷分派，PFO与PFI接纳双绞线连接，如图4所示。5#S辊与4#S辊实际距离很近，仍认为是刚性连接，因此5#S辊也作为4#的从机。
图4主从控制负荷分派图
Fig.4 Balance of master andslave
因PFO和PFI只能传输无符号数据，利用变频器自身特有的“算术单位”进行加减运算，灵活实现了主、从机有符号数与无符号数的相互转换；应用中，综合考虑控制精度和要通报数据的最大最小值，确定是否需要增加一级“算术单位”对数据进行缩放；此项目中，电机的负载转矩小于80%的额定转矩，变频器用于模拟输入输出的转矩量是以2.5倍的电机额定转矩标定，因此80%的负载转矩时对应的变频器的转矩模拟量为32%。
4、现场情况
图5 调试阶段现场图片
Fig.5 Pictures of the debuggingstage
编码器的抗滋扰处理
由于连退酸洗生产线设备众多，在现场布线时，很难将功率部分与信号部别离开，尤其是速度反响的编码器信号线经常与电机电缆一起，且距离有的凌驾100m，不可制止的受到滋扰。
现场也泛起了开卷机反响异常的现象，在静态建张时，转矩不稳定，未必时泛起掉张现象，再反向绷紧重新建张；运行历程中，也有掉张泛起，造成钢带颤抖。造成这种现象的原因是电机电缆中的高频共模对编码器造成了滋扰，会形成高频的无序脉冲，在变频器识别时会有速度跳变，致使磁场定向禁绝，转矩失控。
现场的处理步伐，重新处理电机和变频器的功率电缆屏蔽两端接地，编码器反响电缆进行可靠的单端接地，并增加增强隔离整形的接口转换板；整改后，速度反响跳变和系统掉张现象消失，抵达令客户满意的控制效果。
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