拉彎矯直機組卷取機卷徑計算方法介紹

嚴進龍，劉貴山，李棚波

（青海平安高精鋁業有限公司，青海 海東 810600）

在拉彎矯直機組的生產中，開卷、卷取張力控制是必不可少的。對于卷取機來說，能否正常工作以及卷取效果的好壞直接關系到機列正常生產和產品的質量。在整個卷取過程中，必須以恒定的張力來卷取帶材，否則，張力偏大或偏小都有可能會導致塔形和錯層的出現。在張力控制系統中，無論張力力矩的給定還是動態補償力矩的計算，都需要實時卷材卷徑值，卷材卷徑值是張力控制中極為重要的參數。主要原因是由于卷取過程中卷材直徑不斷發生變化，造成卷取機電機轉速不斷發生變化。同時，由于卷材卷徑不斷發生變化，造成系統轉動慣量的變化，因此，卷取機卷徑是卷取張力控制系統中非常重要的參數。

本文介紹的卷取機卷徑計算使用西門子功能模塊FM458，通過編寫CFC程序，能更好更直接的進行卷取機卷徑的計算，同時能加快運算速度，為設備的高精度控制提供保障。下面通過卷徑計算部分和卷徑計算邏輯控制兩個部分來介紹拉彎矯直機組卷取機卷徑計算的整個過程。

1 卷徑計算過程

1.1 卷徑計算算法

實際卷徑D=最小卷徑×機列設定速度/卷取機轉速。

1.2 卷取機卷徑計算的主要的三個計算參數

（1）機列給定的線速度。

（2）卷取機的電機編碼器反饋速度。

（3）最小卷徑為卷取機在沒有卷取帶才時的直徑。

1.3 計算過程說明

由于我們使用的卷取機速度數據在反饋速度值瞬間變化較大，在計算過程中會出現計算結果值變化比較大的情況，這種情況我們可以使用設定一段時間的積分塊來解決此問題，對卷取機轉動速度進行積分，必須同時對最小卷徑乘以機列設定速度的結果進行同樣的積分，再行計算，這樣我們就可以得到輸出比較穩定的結果。

雖然通過積分對于上述結果來說得到的值比較穩定，但是，在實際生產中還有其他因素影響著計算結果，為了讓結果更加穩定，我們使用NSW功能塊和REG功能塊。

1.4 NSW功能塊和REG功能塊在程序中的使用介紹

圖1

圖1 為數字選擇開關功能：當NSW輸入端的I為0時，Y=X1；當NSW輸入端的I為0時，Y=X2。

通過這個選擇開關，我們設定X1輸入為Y輸出值，X2輸入為“計算后的實際卷徑D”公式的計算結果，功能塊中的輸入I取卷取機速度反饋值與零值作比較的開關量邏輯結果，作用為卷徑值保持，同時對輸出結果Y引進REG功能塊X中。

圖2

圖2 即為REG功能塊，REG功能塊有積分、濾波等功能，進行參數設置即可實現濾波功能，屏蔽積分等功能，將REG功能塊中的參數設置如下：

NRM=100；LU=100；LL=最小卷徑；SV=輸入值；CU=0。

CD=0；CF=1；TU=1或 20000；TD=1或20000。

在程序中設置加速時間和減速時間為1或20000，但是由于CU和CD(上升和下降)都設為了0，而且CF設定為1，所以在REG功能塊中不會對輸入量做積分，同時：輸出量=輸入量，在此過程中只限制輸入量的變化率。

通過這個圖1選擇開關，我們設定X1輸入為Y輸出值，X2輸入為“計算后的實際卷徑D”公式的計算結果，同時對輸出結果Y引進圖2的REG功能塊X中。在機列正常運行過程中，通過斜坡生成器過濾以后就能輸出穩定的卷取機卷徑。

2 卷徑計算過程中的邏輯控制

2.1 設定新的卷徑

新的卷徑值即為新的最小卷徑，有套筒時需按套筒直徑進行計算，無套筒時按芯軸直徑計算。新的卷徑設定條件為：芯軸漲縮，只要選定新的芯軸直徑，通過芯軸漲縮這個信號就可以直接設定最小卷徑。

2.2 卷徑計算允許條件

通過總結生產中的出現的問題，卷取機卷徑不做計算的條件如下。

（1）卷取機在點動模式下。（2）機列在穿帶模式下。（3）卷取機在喂送狀態。（4）當機列速度小于1%（機列速度百分比）。

3 程序中的連鎖條件說明

卷取機卷徑對于整個機列的正常運轉來說有著很重要的意義，為了能夠得到一個輸出穩定而又準確的卷徑計算結果，編程的過程中要對卷徑計算中的各個影響因素都添加進去。特別是生產薄料（0.1mm～0.5mm厚），如果在拉矯機組中加裝了水清洗單元的機組開始生產后，在穿帶過程中的帶材由于中間有水清洗單元，這部分帶材因在水箱中的時間過長會導致帶材的腐蝕，所以在穿帶模式結束后要對這部分帶材按廢料處理，要從卷取機上卸去，對后面的帶材重新卷取如果因為程序中沒有涉及到這部分，原本已經卸去的卷材卷徑再次添加到后面的新卷上，會使計算出的新卷材的卷徑比正常情況下變大。由于是恒張力控制，如果卷徑變大，給定帶材的張力要相對減小，所以卷取機的輸出轉矩也要相對變小，如果張力減小，就會打亂整個機列的張力控制，而且還有很可能使卷材出現錯層和塔形等情況。

拉彎矯直機運用此種卷徑計算方法對機列生產中的大部分影響卷材卷徑計算的因素都考慮到了，通過此方法，無論在機列運行中途設備因故障停機以及升速-保持-降速-中途停車-升速等各種原因都不會影響卷徑計算，而且能在機列穿帶模式、點動模式下和卷取機喂送狀態下不進行卷徑計算，為設備的高效率運行提供了保障。