摘要：本文对冷轧卷取机张力控制系统进行了分析,然后确定了恒张力这种相对合适的控制系统，并分析了恒张力控制的原理以及实现的方法，以促进冷轧卷取机技术的提高。
关键词：冷轧卷取机；交流矢量控制；恒张力控制
一、引言
在当今社会中，我国的工业技术随着科学技术的飞速发展也得到了重大进步，使用者对板、带钢的质量、规格和产量有着越来越高的要求，传统的对板、带钢质量已经不能满足人们的需求。随着科学技术的发展，在工业上产生了一批高性能的变频器，比如矢量控制变频器、张力控制专用变频器等，这批变频器的性能几乎赶超了直流控制的性能。和直流电动机相比不论是结构还是性价比以及使用，交流电动机都比它更有优势，所以在很多工业中都会使用到矢量变频控制。
有些冷轧带钢制品厂会使用西门子S7-300PLC在轧机的改进过程中，以实现不同的电气联锁和逻辑控制，在计算卷径和转矩数值和转矩的PID闭环控制环节的时候，会采用S7-300PLC的运算性能以及利用PID的控制功能，在对整个系统进行调节、设置参数、监控时，通常会选择WINCC软件。
目前，我国中小企业在生产冷轧带钢时主要使用的是四辊轧机，可控硅分立元件的直流调速系统主要应用在它的电控方面，尤其是当自动恒张力控制技术还没有使用在卷取机上时。所以，只能依靠有经验的工作人员对产品进行调试，以满足实际生产中对于恒张力的要求，这种状况下所生产的产品质量会参差不齐，因人而宜。除此之外，分立元件系统发生故障的概率很高、可靠性不高，需要花费大量的时间和精力去维护。而且整流变压器非常容易出现过热的情况，所以工作方式以间歇式为主，极大的降低了生产率。
二、卷取机恒张力控制原理
2.1交流矢量控制系统原理及实现方法
张力恒定主要通过使用三相异步电动机拖动卷取机的方式来实现，异步电动机作为时变系统，具有多变量、强耦合、非线性的特征，所以不容易直接控制电磁转矩通过外加信号的方式,但是本系统中主要是由SIMOVERT MASTER DRIVE矢量控制变频器来控制三相异步电动机的。将转子磁通这种旋转的空间矢量Φ1-Φ2作为参考的坐标,使其完成静坐标系和旋转坐标系之间的转换，把矢量A由R-ST转为α-β坐标以实现3/2的变换，由α-β坐标变换成T-M直角坐标以实现VR的变换。通过这个运行原理，可以多次进行3/2变换和VR变换，这样就可以将三相交流电变换成直流的励磁和转矩电流的参数，通俗讲就是把交流电动机中存在的定子电流分成一个个小的部分，将产生的定子磁场电流分量iΦ1和产生的定子转矩电流分量iΦ2二者进行结合，互相构成直角，并且两者是独立的存在，各自调节自己所负责的部件，那么就原理应用来说，交流机的转矩、转速控制就和直流机非常的类似。在直流电动机的励磁回路中积极的引入励磁电流（变换所得），在直流电动机的电枢回路积极的引入转矩电流，最终使直流电动机运转起来，所以就可以当做是由一台假象直流电动机加上两个变换所构成的交流电动机，两种电动机之间所存在的内在联系也可以通过这个假想模型体现出来。
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2.2卷取张力控制分析
张力控制作为卷取机控制系统中最重要的环节,应该引起人们的足够重视。在正常卷取的基础上，保证带钢张力的数值始终保持在设定值这个范围之内，以保证卷带卷的既紧又整齐，卷带形状良好，尽量避免塔型出现，这也是张力控制的主要目的。在本系统中主要由西门子SIMOVERT M ASTER DRIVE矢量控制变频器的卷取软件包来实现张力控制。SIMOVERT M ASTER DRIVE矢量控制变频器既可以直接进行张力闭环调节也可以间接实现闭环张力控制，可以计算卷径、摩擦补偿、超速保护等。
直接（张力直接检测）和间接（张力间接检测）是实现恒张力控制的两种主要的方法。直接法系统操作起来比较复杂，不容易掌握，而且造价也非常高；间接法系统操作起来相对简单，也可以进一步划分成恒功率、最大力矩等方式。
三、控制原理实现
本系统所使用的是最大力矩的间接恒张力控制。直接（张力直接检测）和间接（张力间接检测）是实现恒张力控制的两种主要的方法。直接法系统操作起来比较复杂，不容易掌握，而且造价也非常高。间接法也可以进一步分成恒功率、恒线速度和卷径跟踪等方式，最大力矩式张力控制是矢量控制变频器的最优选择。
转速电流双闭环作为卷取机控制系统的反馈系统具有重要的作用。张力在建设时期，既会使用到速度调节器也会运用到电流调节器，电流调节器中速度调节器的输出是给定值。速度调节器在输出数值时需要通过一个限幅器，目的是尽量减小由于超速而造成力矩的波动。由于卷取机系统是一个参数时变的系统，所以要将速度调节器设置成自适应调节器，依据系统参数的变化来调节速度，以符合系统参数变化的需求，以实现最佳的控制效果。如果卷取机的输出速度符合给定值之后，就可以建立张力，并设置△V作为速度调节器的数值，让速度调节器处在饱和的范围之内，这个时候就形成了以电流调节器系统为主的张力控制器。如果卷取机输出速度在一定的范围之内，那么就可以使用电流调节器来控制卷取机电机，从而实现张力恒的效果。
结语
综上所述，传统的对板、带钢质量已经不能满足人们的需求，使用者对板、带钢的质量、规格和产量有着越来越高的要求，随着科学技术的发展，在工业上产生了一批高性能的变频器。直接（张力直接检测）和间接（张力间接检测）是实现恒张力控制的两种主要的方法。
参考文献
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[2]李明辉,柴德喜.卷纸机间接张力控制的原理及实现[J].电机与控制应用,2011
[3]吴飞青,马修水,关宏伟,刘庆.基于模糊专家控制的织机经纱恒张力控制研究[J].中国机械工程,2008
作者简介
徐卫国（1972-01），男，汉族，籍贯：山东烟台，当前职务：副部长，当前职称：高级工程师，学历：大学/硕士 ，研究方向：自动控制。
论文作者:徐卫国
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：调节器论文; 矢量论文; 电流论文; 转矩论文; 带钢论文; 变频器论文; 直流电动机论文; 《电力设备》2017年第31期论文;