变频器在镀锌钢板生产线上的应用

关键词： 矢量控制   同步控制   张力收卷 

1  引言
   在金属加工生产所选用的控制系统中，直流控制系统凭借其转矩特性硬、调速范围广等优势，占领了绝大部分市场，但直流控制系统也存在以下一些弱点:一次性投入大，设备维护的工作量多，对维护人员的素质要求高等等。很多小型企业常因自身技术力量不足或备件供应等原因而影响了生产的正常运行。
由汇川高性能矢量控制变频器加普通异步电机组成的传动系统，除了具备直流控制系统的优点外，还降低了设备的初期投资成本，降低了工厂的电能损耗，使设备变得操作简单，维护方便，从而为客户创造了价值，进而获得了该领域内越来越大的发展空间。

2  镀锌生产工艺
   通常由钢铁厂生产出来的热轧钢板销售到镀锌板厂后要经过下面几道工序处理:酸洗、冷轧、退火、镀锌。镀锌生产线的工艺流程如图1所示。

一般来说从“表面处理”到“收卷”的过程中，生产工艺对控制系统有以下基本要求:
(1) 系统的同步性要求较高，否则会出现拉断板材的现象;
(2) 系统的响应特性要快;
(3) 材料表面的张力大小可由控制系统来进行调节。
以往是通过直流控制系统来满足生产工艺的这些要求的。

3  变频器应用在镀锌生产线上的控制方案
从“表面处理”到“收卷”的工艺过程如图2所示。

图2中“牵引1”、“牵引2”、“牵引3”、“收卷”都采用变频器加普通异步电机来控制，下面简要介绍变频控制方案的实现过程:
牵引变频器1、牵引变频器3工作在开环矢量控制状态下，决定整个生产线的运行速度，两个传动点的速度通过一个主动，一个从动来保证两点线速度基本一致，依靠活套的“存储”功能来平衡同步的要求。
牵引变频器2工作在转矩控制模式下，独立运行，模拟电位器信号作为转矩控制信号，保证牵引1和牵引2之间的张力根据用户的要求，可随意设定。
收卷部分采用带卷径计算功能的MD330变频器来进行转矩控制，保证牵引3和收卷之间的张力控制要求。
牵引变频器1和牵引变频器3采用开环矢量的控制方式，牵引变频器2、收卷变频器采用带编码器闭环反馈的闭环矢量控制方式。
变频器控制原理框图如图3所示。

4  “牵引变频器2”转矩控制调试方法
(1) 在电机上不带负载的情况下相关参数的设置
在电机上不带负载的情况下，正确输入电机相关参数，进行调谐操作，相关参数设置如表1所示。
表1  在电机上不带负载的情况下相关参数的设置
序号 参数类型 数值      说明
 1 F1--01 实际值 输入--电机额定功率
 2 F1--02 实际值 输入--电机额定电压
 3 F1--03 实际值 输入--电机额定电流
 4 F1--04 实际值 输入--电机额定频率
 5 F1--05 实际值 输入--电机额定转速
 6 F1--11 2 将该参数设为2后，按下RUN
    运行键，进行电机完整调谐
调谐完毕后，按下RUN运行键，通过操作面板查看电机工作电流，检查变频器开环矢量控制运行是否正常(变频器出厂设置为变频器开环矢量控制运行);
(2) 正确接好编码器的连线
将F0-02设置为1，正确输入编码器脉冲数(由F2-11设定)，按下RUN运行键，检查变频器闭环矢量运行是否正常。通过操作面板查看电机在高速和低速情况下的工作电流，如工作电流超过额定电流，或电机运行不起来，则检查编码器的接线是否正确，A相和B相的信号线是否接反，编码器与电机转轴是否同心，相关参数设置如表2所示。
(3) 闭环矢量运行正常后的其它功能参数设置
闭环矢量运行正常后，再设置其它功能参数，如表3所示。
表3  其它功能参数设置
序号 参数类型 数值  说明
 10 F0--02 1 端子控制有效
 11 F0-17 8 设置加速时间(根据实际情况设定)
 12 F0-18 8 设置减速时间(根据实际情况设定)
 13 F2-08 1 转矩控制有效
 14 F2-09 1 转矩上限源AI1
 15 F4-00 1 DI1设为正转指令
 16 F4-01 4 DI2设为点动信号
 17 F4-02 9 DI3设为故障复位
 18 F7-02 2 STOP键复位功能有效

5  收卷变频器恒张力控制调试方法
根据上述方法完成变频器闭环矢量的调试工作后，再进行张力调试，张力控制参数设置如表4所示。
表4  张力控制参数设置
序号 参数类型 数值 说明
 1 FH-00 1 开环转矩控制模式
 2 FH-01 0 收卷控制
 3 FH-03 计算值 机械传动比
 4 FH-04 2 AI2为张力给定电位器信号
 5 FH-06 计算值 最大张力
 6 FH-07 10% 零速张力提升，根据实际情况设置。
 7 FH-09 20% 张力锥度
  FH-10 0 通过线速度计算卷径
 8 FH-11 实际值 最大卷径
 9 FH-12 实际值 卷轴直径
 10 FH-13 0 初始卷径源由FH-12~FH-15设定
 11 FH-27 1 线速度输入信号选择AI1，由前一
    级变频器的AO输出;
 12 FH-28 计算值 最大线速度
 13 FH-33 1000 机械惯量补偿系数
 14 FH-34 7800 材料密度
 15 FH-35 1000 材料宽度
 16 FH-36 8% 机械摩擦系数补偿

6  调试说明
(1) 转矩控制模式是指变频器控制的是电机的转矩，而不是频率，输出频率是跟随牵引电动机的速度而自动变化。
(2) 根据公式F=T/R(其中F为材料张力，T为收卷轴的扭矩，R为收卷的半径)，可看出，如果能根据卷径的变化调整收卷轴的转矩，就可以控制材料上的张力，这就是开环转矩模式控制张力的依据。
(3) MD系列变频器在闭环矢量控制(有速度传感器矢量控制)下可以准确地控制电机输出转矩，使用这种控制模式，必须加装编码器(变频器要配PG卡)。
(4) 在实际使用中张力的设定值应与所用材料、卷曲成型的要求等实际情况相对应，需由使用者设定。张力锥度可以控制张力随卷径增加而递减，用于改善收卷成型的效果。
(5) 电机的输出转矩在加减速时，有一部分要用来克服收卷辊的转动惯量，变频器中关于惯量补偿部分可以通过适当的参数设置自动地根据加减速速率进行转矩补偿，使系统在加减速过程中仍获得稳定的张力。摩擦补偿可以克服系统阻力对张力产生的影响。
(6) 牵引1电机和牵引3电机长期工作在发电状态，牵引1变频器和牵引3变频器必须加装制动单元和制动电阻来消耗由电机回馈回来的能量，否则变频器直流母线上的电压会超过变频器限定的电压范围而报警停机。

7  结束语
采用变频控制方案代替传统的直流驱动控制方案，使控制系统操作简单，调试非常方便、快捷，控制性能完全能够满足工艺要求，降低了用户的投资成本，减少了设备的维护量，降低了电能损耗，深受用户的好评。