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　　關(guān)鍵字：ACS800 多傳動(dòng) 縱剪 DTC PROFIBUS

　　1 簡介縱剪的作用和設(shè)備的主要工藝要求

　　縱剪機(jī)列完成鋁卷材的開卷、分條和鋁帶的卷取工作。根據(jù)不同的來料長度和厚度來控制開卷和卷取的張力，保證張力穩(wěn)定，同時(shí)保證開卷和卷取的速度匹配。本設(shè)備來料厚度為0.3-2.0mm，速度范圍0-300m/min，開卷張力范圍0～15N/mm︿2，卷取張力范圍0～20N/mm︿2。

　　2 ACS800的原理組成以及在縱剪機(jī)列的應(yīng)用

　　ACS800系列多傳動(dòng)系統(tǒng)是ABB公司最新的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，它采用當(dāng)今最先進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC），以轉(zhuǎn)矩為控制終端對象，這樣對交流機(jī)的張力控制精度進(jìn)一步提高。一般的我們說的矢量控制方式是以轉(zhuǎn)子磁鏈為控制對象，控制相對較為復(fù)雜，且易受轉(zhuǎn)子模型隨溫度變化變化的干擾。直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control——DTC），以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行綜合控制，不僅控制轉(zhuǎn)矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的區(qū)別是，它不是通過控制電流、磁鏈等量間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量控制，其實(shí)質(zhì)是用空間矢量的分析方法，以定子磁場定向方式，對定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制的。這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，而是直接在電機(jī)定子坐標(biāo)上計(jì)算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制的特征是控制定子磁鏈，是直接在定子靜止坐標(biāo)系下，以空間矢量概念，通過檢測到的定子電壓、電流，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量變換中的許多復(fù)雜計(jì)算;它也不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，從而也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型;而只需關(guān)心電磁轉(zhuǎn)矩的大小，因此控制上對除定子電阻外的所有電機(jī)參數(shù)變化魯棒性良好，所引入的定子磁鏈觀測器能很容易得到磁鏈模型，并方便地估算出同步速度信息，同時(shí)也很容易得到轉(zhuǎn)矩模型，磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型就構(gòu)成了完整的電動(dòng)機(jī)模型，因而能方便地實(shí)現(xiàn)無速度傳感器控制，如果在系統(tǒng)中再設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，即可進(jìn)一步得到高性能動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩控制了

　　ACS800系列多傳動(dòng)采用世界領(lǐng)先的DTC（直接轉(zhuǎn)矩控制）技術(shù)，使普通異步電動(dòng)機(jī)達(dá)到極高的轉(zhuǎn)速精度（0.01%），轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度（<5ms）,200%的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及極大的調(diào)速范圍（1:1000以上）.

　　ACS800系列多傳動(dòng)系統(tǒng)組成包括：

　　· 二極管供電單元 它將三相交流電整流為直流電源向傳動(dòng)設(shè)備的中間直流電路供電，進(jìn) 而向驅(qū)動(dòng)電機(jī)的逆變器供電。電壓范圍：DC520V～700V。

　　· 制動(dòng)斬波單元 它與制動(dòng)電阻配合，用于消耗再生制動(dòng)中產(chǎn)生的能量，保證中間直流回路電壓保持在安全的范圍內(nèi)。

　　· ACS800逆變模塊 電機(jī)速度轉(zhuǎn)矩控制的核心，它采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式（DTC）工作。

　　縱剪中ABB逆變器設(shè)備：

　　· 開卷機(jī) 主要用于鋁卷材的開卷，并保證足夠的張力，讓鋁片能夠穩(wěn)定的切條。

　　· 夾送輥 主要是用來展平鋁卷，并與開卷形成一定張力，對料起到夾送的作用。

　　· 縱剪機(jī) 對鋁板按照工藝要求進(jìn)行縱向切條，同時(shí)也與開卷形成張力，滿足對切 條工藝要求。

　　· 張力輥 與卷取機(jī)形成張力，保證卷取卷入鋁條不產(chǎn)生松帶現(xiàn)象。

　　· 卷取機(jī) 對切條的鋁板進(jìn)行卷取，并保證鋁卷的垂直面一致，這就要求卷取機(jī)與張力輥之間保持非常穩(wěn)定的張力。

　　在厚帶縱剪機(jī)列中ACS800主要完成各主電機(jī)的張力和速度的精確控制。下面是整個(gè)機(jī)列的供電框圖：

圖一：系統(tǒng)供電框圖

　　其中：

　　第一路進(jìn)線供電給交流調(diào)速系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)電源經(jīng)過二極管整流單元后，電源經(jīng)直流母線提供給掛在母線上的整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中的ABB逆變器。由逆變器對各交流調(diào)速電機(jī)進(jìn)行張力和速度的控制。

　　第二路進(jìn)線供電給系統(tǒng)中不需要調(diào)速的交流電機(jī)和輔助設(shè)備變頻器以及系統(tǒng)操作回路（含PLC系統(tǒng)），該路經(jīng)斷路器、隔離變壓器后，通過不同回路的保護(hù)開關(guān)供給提供給操作電源、液壓回路、輔助設(shè)備控制電源等。上位觸摸式板式電腦電源通過UPS不間斷電源。

　　3 縱剪機(jī)列PLC通訊系統(tǒng)的組成

　　機(jī)列的通訊為PROFIBUS-DP通訊協(xié)議，其主站為西門子PLC CPU 315-2DP、子站包括主操作臺IM-153-1西門子遙站、副操作臺IM-153-1西門子遙站、西門子板式電腦等。ABB ACS800逆變器通過DP通訊選件RTAC-01作為通訊子站。DP通訊系統(tǒng)主要完成機(jī)列速度設(shè)定，各設(shè)備張力設(shè)定，實(shí)際值讀取，以及基于以上功能進(jìn)行的與子站和逆變器的通訊等。

　　具體框圖如下：

圖二：通訊結(jié)構(gòu)框圖

　　4 逆變器設(shè)備速度和張力的給定方式

　　逆變器的速度和張力通過PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)給定，速度給定范圍為-20000～20000，張力范圍-10000～10000。在速度給定下，20000代表最大角速度。在張力給定下，10000代表電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。根據(jù)速度和張力的大小和方向的不同，將給定值線性對照在-20000～20000和-10000～10000范圍內(nèi)。張力控制和速度控制的切換是通過以下方式完成的：變頻器的轉(zhuǎn)矩給定有兩個(gè)主要的給定源，一個(gè)是速度控制器輸出的給定，另一個(gè)是直接轉(zhuǎn)矩（張力）給定。我們在應(yīng)用當(dāng)中，這兩種方式有一個(gè)選擇比較輸出項(xiàng)TORQUE SELECTOR（P26.01），它有4個(gè)選項(xiàng)：兩者最大值輸出、兩者最小值輸出、速度輸出，轉(zhuǎn)矩輸出。在這里我們選擇最大、最小值選項(xiàng)。這樣，我們就可以根據(jù)工況靈活的通過速度和轉(zhuǎn)矩給定值進(jìn)行方式的切換。例如：選最大值（MAX）模式，當(dāng)要進(jìn)行速度向轉(zhuǎn)矩切換的時(shí)候，將速度給定設(shè)為-20000。這時(shí)，控制器就會(huì)按照直接轉(zhuǎn)矩給定值，切換到張力控制。

　　根據(jù)縱剪的工藝要求，它有兩種工況：一個(gè)是有活套方式，在這個(gè)方式下，在張力輥和縱剪機(jī)之間有一個(gè)活套坑，鋁條下到坑里一定位置，因此縱剪機(jī)與張力輥之間沒有張力產(chǎn)生，兩設(shè)備速度保持一致。在這種情況下，對設(shè)備的工藝要求和主要參數(shù)如下：

　　1.開卷機(jī) 速度控制（P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　2.夾送輥 張力控制（P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　3.縱剪機(jī) 張力控制（P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　4.張力機(jī) 張力控制（P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　5.卷取機(jī) 速度控制（P26.01=SPEED、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　另一個(gè)是無活套方式，在這個(gè)方式下，在張力輥和縱剪機(jī)之間有張力產(chǎn)生，兩設(shè)備速度保持一致。在這種情況下，對設(shè)備的工藝要求是：

　　1.開卷機(jī) 張力控制（P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　2.夾送輥 張力控制（P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　3.縱剪機(jī) 張力控制（P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　4.張力機(jī) 張力控制（P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　5.卷取機(jī) 速度控制（P26.01=SPEED、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）

　　5 結(jié)束語

　　本文旨在對ABB800多傳動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用做一個(gè)簡要的介紹。本次的厚帶縱剪機(jī)列首次采用ABB800多傳動(dòng)控制的交流機(jī)系統(tǒng)，以前的系統(tǒng)都是采用直流調(diào)速控制方式，因?yàn)闄C(jī)列需要非常嚴(yán)格的速度和張力精度值，ABB800多傳動(dòng)系統(tǒng)很好的完成了這個(gè)任務(wù)。本機(jī)組于2007年7月調(diào)試完畢，至今運(yùn)行良好。在實(shí)際應(yīng)用調(diào)試參數(shù)中，還包括通過卷徑、轉(zhuǎn)矩，對速度和張力的換算、張力的加速補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)摩擦補(bǔ)償，另外還有各種邏輯的切換以及PLC與ABB控制器的通訊參數(shù)設(shè)置等等，在這里就不再贅述了。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1] ABB公司 2006-06-30

　　[2] ABB公司 2006-08-09