1 引言

    目前，在銅箔卷繞設(shè)備中用交流傳動(dòng)代替直流傳動(dòng)在這個(gè)行業(yè)中已成為發(fā)展趨勢(shì)。此外，在銅箔生產(chǎn)線卷繞的整個(gè)過(guò)程中，要求其張力是恒定的，而且對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度有很高的要求，因此我們有必要對(duì)其電控系統(tǒng)進(jìn)行研究，來(lái)提高生產(chǎn)線的整體性能。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

    本文所涉及的銅箔生產(chǎn)線長(zhǎng)度約24米，銅箔在生產(chǎn)線上電鍍時(shí)有微微的增厚，在各種導(dǎo)輥上穿插后長(zhǎng)度在40米左右，銅箔的最大寬幅1360mm，設(shè)計(jì)機(jī)列速度為36米/分鐘。成品卷的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：具有適當(dāng)?shù)挠捕龋覂?nèi)緊外松，徑向硬度分布均勻。為了達(dá)到上述的指標(biāo)，采用了全數(shù)字的交流伺服系統(tǒng)作為主傳動(dòng)裝置的電控系統(tǒng)。
系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分組成：

    (1)．開(kāi)卷和收卷驅(qū)動(dòng)輥，一個(gè)速度輥，6個(gè)輔助輥，分別由單獨(dú)的交流伺服電機(jī)拖動(dòng)，并由6SL3120全數(shù)字雙軸驅(qū)動(dòng)器供電。

    (2)．西門子SIMOTION  D435作為中心控制器。

    (3)．張力檢測(cè)裝置。

    (4)．TP270觸摸屏作為輸入操作和狀態(tài)顯示。

3 系統(tǒng)控制方案

    系統(tǒng)配置了西門子SIMOTION D435和TP270觸摸屏，可以組成控制精度和自動(dòng)化程度較高的系統(tǒng)。考慮到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，穩(wěn)定性，精度性的要求，系統(tǒng)采用以下控制方案：

    （1）系統(tǒng)的車速由單獨(dú)的速度輥傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)提供，這個(gè)輥通過(guò)交流伺服電機(jī)拖動(dòng)，運(yùn)行在速度模式下，它的線速度作為機(jī)列的速度基準(zhǔn)，為了保證啟動(dòng)和停止的運(yùn)行平穩(wěn)，采用S加減速曲線升降速。

    （2）開(kāi)卷輥傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行在張力閉環(huán)控制模式，通過(guò)張力傳感器的反饋值組成張力閉環(huán)，通過(guò)張力設(shè)定以及張力反饋來(lái)保證開(kāi)卷軸附近銅箔上的張力保持恒定。

    （3）收卷輥傳動(dòng)系統(tǒng)也是運(yùn)行在張力閉環(huán)控制模式下，控制方式與開(kāi)卷輥類似，不同之處只是添加了張力的錐度補(bǔ)償，以此來(lái)保證卷繞的質(zhì)量。

    （4）其余的6個(gè)輔助輥傳動(dòng)也是運(yùn)行在張力閉環(huán)控制模式下，它們提供系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中由于摩擦等的能量損失，從而保證中間部分銅箔上的張力保持恒定。

    （5）控制系統(tǒng)由SIMOTION D435、TP270觸摸屏組成，SIMOTION、觸摸屏和交流伺服驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)PROFIBUS通訊來(lái)傳遞信息，從而使電氣傳動(dòng)系統(tǒng)連接簡(jiǎn)便，輔助設(shè)備操作靈活，方便。

    （6）系統(tǒng)由穿卷到運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)輥之間銅箔會(huì)有一個(gè)由松到緊的過(guò)程，如果這個(gè)過(guò)程變化過(guò)急，猛地把銅箔由松弛狀態(tài)到繃緊狀態(tài)，很容易把銅箔拉斷，從而產(chǎn)生斷箔。所以張力應(yīng)該使按照S曲線變化量遞增，而不應(yīng)該是階躍的變換量。

    （7）動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)施由SIMOTION D435通過(guò)軟件來(lái)完成，收卷輥傳動(dòng)的慣量補(bǔ)償，以及錐度補(bǔ)償?shù)韧ㄟ^(guò)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 SIMOTION D435的硬件配置和軟件設(shè)計(jì)

    4．1硬件配置

    控制器采用西門子的SIMOTION D435，該控制器是基于SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是一個(gè)極其緊湊同時(shí)具有強(qiáng)大控制功能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，它帶有兩個(gè)具有時(shí)鐘同步的PROFIBUS接口以及兩個(gè)以太網(wǎng)口，可以通過(guò)DRIVE-CLiQ接口與SINAMICS S120的其它模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換通過(guò)擴(kuò)展，一個(gè)SIMOTION D435最多能控制64個(gè)軸，單獨(dú)的一個(gè)SIMOTION D435僅可以控制6個(gè)軸，由于本系統(tǒng)控制的軸數(shù)為9，故選取了CX32軸擴(kuò)展模塊。

    整個(gè)系統(tǒng)由五部分組成，SIMOTION D435，CX32多軸擴(kuò)展模塊， SINAMICS S120的雙軸驅(qū)動(dòng)模塊，ET200，TP270觸摸屏。它們之間通過(guò)PROFIBUS接口協(xié)議通訊。SIMOTION主要完成邏輯控制，算法的運(yùn)算，接受觸摸屏和ET200的信號(hào)，同時(shí)將計(jì)算得到的運(yùn)動(dòng)指令送到SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)控制器中。

    4．2主要控制功能

    （1）現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)的采集，遠(yuǎn)程I/O和操作屏通過(guò)通訊把現(xiàn)場(chǎng)操作信號(hào)送入SIMOTION。
 
    （2）速度的控制及計(jì)算，根據(jù)工藝要求設(shè)定不同的機(jī)列速度，通過(guò)計(jì)算，傳送給速度輥傳動(dòng)裝置。
 
    （3）慣量補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)計(jì)算，根據(jù)銅箔的厚度不同，通過(guò)慣量補(bǔ)償計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)膽T量。
 
    （4）SIMOTION與操作屏通過(guò)PROFIBUS實(shí)施高速通訊傳輸，將各個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，同時(shí)接受觸摸屏上的操作指令，控制各個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
 
    （5）張力控制，通過(guò)銅箔上張力的設(shè)定和傳感器的反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)恒張力控制。
 
    （6）斷箔報(bào)警控制、與工藝有關(guān)的電氣一體化連鎖控制。

    4．3程序流程
    
    主程序流程圖如圖1所示，首先初始化程序先對(duì)參數(shù)、卷徑計(jì)算模塊、張力控制模塊、錐度補(bǔ)償模塊、機(jī)列速度等進(jìn)行初始化。

    邏輯控制程序流程圖如圖2所示，根據(jù)工藝要求執(zhí)行操作臺(tái)上的按鈕，來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。
 

    在運(yùn)行過(guò)程中，卷徑實(shí)時(shí)計(jì)算通過(guò)速度輥上的線速度作為機(jī)列的線速度，然后根據(jù)收放卷輥的實(shí)際角速度計(jì)算得來(lái)的；收卷錐度動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)施也由SIMOTION來(lái)完成，根據(jù)設(shè)定的速度和實(shí)際在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)應(yīng)不同卷徑下需要的不同張力值計(jì)算出來(lái)，以曲線的形式存入SIMOTION中，運(yùn)行時(shí)候根據(jù)計(jì)算得到的卷徑值來(lái)給出需要的張力值，達(dá)到錐度補(bǔ)償?shù)哪康模煌瑫r(shí)根據(jù)張力的反饋值，實(shí)時(shí)的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行張力補(bǔ)償；利用速度輥驅(qū)動(dòng)電機(jī)的編碼器來(lái)計(jì)算成品銅箔的生產(chǎn)量長(zhǎng)度，達(dá)到定長(zhǎng)停車的目的。

5.結(jié)束語(yǔ)
    
    該系統(tǒng)采用西門子SIMOTION D435作為中心控制器，使開(kāi)發(fā)周期大大縮短，模塊化的設(shè)計(jì)和各種通用、專用模塊使系統(tǒng)配置變得簡(jiǎn)單，其符合IEC 61131-3工業(yè)編程語(yǔ)言的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)使得系統(tǒng)編程更為方便，其硬件結(jié)構(gòu)的工作可靠性及良好的抗干擾性能，保證了系統(tǒng)的可靠工作。經(jīng)過(guò)調(diào)試、試運(yùn)行，該系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，收卷質(zhì)量達(dá)到要求。

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[3] Application Winder with SIOMOTION.
[4] SIMOTION D435使用手冊(cè)

作者簡(jiǎn)介：
萬(wàn)筱劍：1978年10月，男，碩士研究生
研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)
手機(jī)：13824307626