SIMOTIOND435在铜箔生产线电控系统中的应用万筱剑1李铁才2张立群11.哈尔滨工业大学深圳研究院2.哈尔滨工业大学摘要：介绍了铜箔生产线电控系统的构成，重点分析了卷绕的控制原理，讨论了整个控制过程，给出了实用的控制方案。运用SIMOTION实现了张力闭环自动控制、动态补偿、断箔报警连锁控制及电气一体化连锁控制等。应用证明，收卷质量达到要求，并且该系统有良好的操作性和可靠性。关键词：交流传动SIMOTION张力控制ApplicationofCopperCoilProductionLineElectricControlledSystemwithSIMOTIOND435WanXiaojianLiTiecaiZhangLiqunAbstract：Theelectriccontrolsystemofthecoppercoilproductionlineisintroducedinthisarticle,theprincipleofwindcontrolismainlyanalyzed,theentirecontrolprocessisdiscussedandtheutilityprogramisbroughtout.Tensionclosedautomaticcontrol,dynamiccompensation,breakfoildetection,electricprotectionchainreactionarerealizedbysimotion.Theapplicationprovedthatthewind-upqualityreachesdemandsandthissystemhasfineserviceabilityandreliability.Keywords：ACdriveSIMOTIOND435tensioncontrol1引言目前，在铜箔卷绕设备中用交流传动代替直流传动已成为发展趋势。此外，在铜箔生产线卷绕的整个过程中，要求其张力是恒定的，而且对系统的稳定性和控制精度又有很高的要求，因此我们有必要对其电控系统进行研究，来提高生产线的整体性能。2系统构成本文所涉及的铜箔生产线长度约24m，铜箔在生产线上电镀时有微微的增厚，在各种导辊上穿插后长度在40m左右，铜箔的最大宽幅1360mm，设计机列速度为36m/min。成品卷的质量标准为：具有适当的硬度，且内紧外松，径向硬度分布均匀。为了达到上述的指标，采用了全数字的交流伺服系统作为电控系统的主传动装置。系统主要有以下几个部分组成：1)开卷和收卷驱动辊，一个速度辊，6个辅助辊，分别由单独的交流伺服电机拖动，并由6SL3120全数字双轴驱动器供电。2)西门子SIMOTIOND435作为中心控制器。3)张力检测装置。4)TP270触摸屏作为输入操作和状态显示。3系统控制原理与控制策略3.1卷取控制原理铜箔卷绕机构对控制系统的基本要求是在卷绕的整个过程中，保持铜箔上的张力恒定，图1是铜箔生产线收卷部分的原理示意图，设铜箔的张力为T，卷辊直径为D，前一单元M1运行中铜箔的线速度为V1，卷绕单元M2运行中铜箔的线速度为V2。根据胡克定律，铜箔内的张力T为T=σεL∫0t(V2−V1)dt（1）图1收卷部分原理示意图式中：ε为铜箔的弹性模量；σ为铜箔的截面积；L为传动点之间的距离；t为机器启动时间。由上式可见，铜箔在作为张力调节对象时，是一个积分环节，控制张力实际就是控制线速度差V2-V1，所以，从某种意义上说，张力控制系统实际上就是一种线速度跟踪系统。对式（1）求导，得到：dTdt=σεL(V2−V1)（2）式（2）中，对同一种铜箔可以认为σε/L是常量，那么张力的变化量只与线速度的变化有关，因此我们可以采用控制线速度的方式来实现恒张力控制的目的。控制线速度也就是控制电机的转速，这就需要知道收卷的卷径，而收卷的卷径是随着收卷的进行而逐渐增大的，需要实时计算。D=V1n2π（3）式中：V1是机列的实际线速度，n2是收卷电机的实际转速。通过式（3）可以实时计算出收卷的卷径。知道了收卷的卷径，也就可以求出收卷电机的速度指令n2:n2=V2πD（4）3.2控制策略通过上面的分析，我们可以得出张力闭环的控制方案，即通过调节电机转速来实现张力恒定的目的，首先根据张力检测装置的张力反馈信号与张力的设定值构成的PID闭环，作为速度指令的调节信号，计算出收卷部分的线速度指令V2，然后通过V2和卷筒的卷径计算出匹配的电机速度指令送给交流驱动器。系统配置了西门子SIMOTIOND435和TP270触摸屏，可以组成控制精度和自动化程度较高的系统，并且考虑到系统动态响应性，稳定性和精度性的要求，系统采用以下控制方案：1）系统的车速由单独的速度辊传动系统来提供，这个辊通过交流伺服电机拖动，运行在速度模式下，它的实际线速度作为机列的速度基准，为了保证启动和停止的运行平稳，采用S加减速曲线升降速。...
