張力分段控制在銅加工設(shè)備中的運(yùn)用

摘 要：文章在闡述銅箔生產(chǎn)張力控制原理和過程的基礎(chǔ)上，以恒張力恒速度控制為目標(biāo)，重點(diǎn)分析了卷繞的控制原理，打造了專業(yè)的數(shù)學(xué)模型，通過SIMOTION進(jìn)行卷徑計(jì)算和錐度控制，旨在能夠?qū)崿F(xiàn)對銅箔的張力控制。

關(guān)鍵詞：張力分段控制；銅加工設(shè)備；性能提升

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.037

銅材料由于具備良好的物理性能、化學(xué)性能、機(jī)械性能等，被人們廣泛應(yīng)用在電子、化工、汽車、裝飾等多個行業(yè)中。在社會經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展支持下，近幾年，我國銅加工生產(chǎn)達(dá)到了世界第一的水平，相應(yīng)的銅加工設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新也取得了良好的成果。高精度板帶材帶式生產(chǎn)法逐漸代替了以往的塊式生產(chǎn)法，提升了板材的精準(zhǔn)度。張力分段控制在銅加工設(shè)備中的應(yīng)用能夠有效提升銅加工設(shè)備的加工精準(zhǔn)度，為此，文章結(jié)合實(shí)際就張力分段控制在銅加工設(shè)備中的運(yùn)用問題進(jìn)行探究。

1 張力控制原理

對于直流傳動張力控制系統(tǒng)帶材張力和電機(jī)電樞電流關(guān)系可以做出如下的表示：

在公式中T代表的是張力，Cm代表的是電機(jī)常數(shù)，D代表的是卷徑直徑，Id是電機(jī)電樞電流；代表的是電機(jī)磁通；K代表的常數(shù)。通過公式（3）式可知，帶材張力T和電機(jī)的電樞電流Id呈現(xiàn)出一種正比的關(guān)系。在電機(jī)工作的情況下，磁通是固定的，在卷徑D也被固定之后張力的大小完全由電流來控制，如果卷取機(jī)恒張力控制，那么帶材的張力和Id/D呈現(xiàn)出正比的關(guān)系，電流隨著卷徑D的變化而出現(xiàn)相應(yīng)的變化。

1.1 直接張力控制

直接張力控制主要是指利用張力計(jì)來測定張力的大小，并將獲得的信號送入到指定的系統(tǒng)中進(jìn)行閉環(huán)控制處理，從而使得系統(tǒng)的實(shí)際張力和之前設(shè)定好的張力相等同。生產(chǎn)過程中所應(yīng)用的壓磁張力計(jì)能夠有效測量出張力的大小，并能夠?qū)y量的信息直接在張力計(jì)上標(biāo)識出來。

1.2 間接張力控制

可逆冷軋機(jī)的卷取機(jī)采用了SIMOVER MASTER DRIVE交流調(diào)速矢量控制方式。矢量控制原理的基本出發(fā)點(diǎn)是異步電動機(jī)本身是一個多變量、非線性的時變系統(tǒng)，在使用的過程中很難直接通過外部添加的信號來準(zhǔn)確控制電磁扭矩，但是如果以電子磁通過這一旋轉(zhuǎn)空間作為矢量參考坐標(biāo)，在靜止坐標(biāo)系的作用下能夠?qū)⒍ㄗ与娏髦械膭畲烹娏鬓D(zhuǎn)變?yōu)榫匦坞娏鳌?/p>

2 張力控制過程

當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)恒張力控制的方式大多分為以下幾種：①采用直流電機(jī)進(jìn)行控制。在直流電機(jī)的作用下能夠?qū)﹄姍C(jī)電樞電流、磁通和卷徑之間的比值確定為恒定的數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)對張力的恒定管控、②應(yīng)用力矩電機(jī)進(jìn)行控制。借助張力傳感器測算出銅箔的張力，將測量信號作為一種信息反饋到張力調(diào)節(jié)器上，強(qiáng)化對銅箔張力的控制。③采用交流伺服電機(jī)。在交流伺服電機(jī)的力矩運(yùn)行模式影響下電機(jī)運(yùn)行操作會得到相應(yīng)的控制。但是從當(dāng)前市場發(fā)展實(shí)際情況來看，銅箔收卷一般會由直流電機(jī)控制，在具體操作的時候會出現(xiàn)較多的故障問題，不利于提升產(chǎn)品質(zhì)量。為此，需要相關(guān)人員采取有效措施控制銅箔收卷。

3 銅箔加工張力控制優(yōu)化

想要使銅箔的收卷變得整齊，需要確保銅箔具備一定的張力，在張力的影響下穩(wěn)定的運(yùn)行。因而在考慮多種因素的情況下可以應(yīng)用SIMOTION來進(jìn)行卷徑計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對張力的恒定，實(shí)現(xiàn)了速度恒定好張力的平衡，避免收卷過程中產(chǎn)生波動現(xiàn)象。

3.1 數(shù)字模型的打造

為了能夠更好分析銅箔加工張力變化過程，打造了銅箔張力控制數(shù)字模型示意圖，銅箔張力控制數(shù)字模型示意圖相應(yīng)的動態(tài)力矩平衡方程表示如（4）所示。銅箔這種卷材在使用的時候發(fā)現(xiàn)其運(yùn)作效率比較低，但是其穩(wěn)定性較強(qiáng)，可以被粗略的看做是一個恒定的數(shù)值，對應(yīng)得到的卷繞系統(tǒng)靜態(tài)力矩平衡方程如（5）所示。從公式中可以發(fā)現(xiàn)，在收卷半徑不發(fā)生變化的時候，想要確保張力恒定，轉(zhuǎn)矩會隨著半徑的變化而產(chǎn)生變化，為此，想要得到卷徑數(shù)值需要加強(qiáng)對Mt-的控制。

3.2 具體控制策略

首先，將直流電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣魉欧姍C(jī)，通過控制交流伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)對整個銅箔張力收卷系統(tǒng)的控制。其次，陰極輥的轉(zhuǎn)動會在速度閉環(huán)模式下來運(yùn)作，整個系統(tǒng)的運(yùn)作速度比較恒定。為了避免出現(xiàn)銅箔褶皺，需要相關(guān)人員加強(qiáng)對銅箔錐度的控制，提升卷繞的質(zhì)量。

3.3 具體方案的實(shí)施

應(yīng)用全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)作為控制銅箔質(zhì)量的關(guān)鍵機(jī)制，在具體使用的過程中由以下幾個方面組成：①陰極輥和收卷驅(qū)動輥一般由單獨(dú)的交流伺服電機(jī)帶動操作。②西門子SIMOTION是整個銅箔的中心控制器。③TP270觸屏能夠顯示出人們的實(shí)際操作狀態(tài)個各項(xiàng)指令。在應(yīng)用上文敘述的方案操作之后，取得了良好的效果，轉(zhuǎn)速波動變?yōu)椋?.539/1006）%=0.352%，轉(zhuǎn)矩波動變?yōu)椋?.028/1.055）%=2.65%。

4 結(jié)束語

綜上所述，張力分段控制技術(shù)在銅加工設(shè)備和銅箔生產(chǎn)中的應(yīng)用有效提升了銅加工設(shè)備和零件的生產(chǎn)技術(shù)水平，取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在銅箔生產(chǎn)過程中，毛箔收卷操作直接關(guān)系到銅箔的生產(chǎn)質(zhì)量，為此，文章結(jié)合銅箔生產(chǎn)過程中的一些特殊工藝要求，需要相關(guān)人員以恒速度恒張力作為基本控制目標(biāo)，借助相關(guān)數(shù)學(xué)模型打造一種完善的銅箔張力控制方案，旨在能夠提升銅箔的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：徐文斌（1971-），男，安徽桐城人，本科，高級工程師，研究方向：銅加工工藝及設(shè)備。