鋼板彩印線張力控制系統的設計

黨 洋，任 彥

（內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014000）

當前，鋼板彩印技術的發展尚處于早期階段，我國作為擁有豐富的產品類型和完整產業鏈的制造業大國，應通過持續加大指向產業經濟發展事業領域的資金投入力度，獲取和占據制造業發展進程中的高端地位，繼而在實際經營運作中順利獲取最大收益[1]。

我國工業和信息化部統計測算的權威數據顯示，2020年全年，我國生鐵產品的累計產量為8.88億t，與2019年相比，同比增長幅度為4.30%；粗鋼產品的累計產量為10.53億t，與2019年相比，同比增長幅度為5.20%；鋼材產品的累計產量為7.70億t，與2019年相比，同比增長幅度為7.70%[2]。通過解讀我國工業和信息化部統計測算的相關數據信息可知，在后疫情時代，我國鋼鐵產品生產制造行業實際獲取的經濟收益水平呈現穩定的持續提升趨勢[3]。根據中國鋼鐵工業協會發布的統計測算數據，2020年全年，我國鋼鐵行業主要企業的累計經濟收益為2 074.00億元，與2019年相比，同比增長幅度為6.60%[4]。在可以預見的未來一段時期內，彩印鋼板產品在真實的市場環境中，會保持強勁的競爭能力和良好的發展前景。

1 張力控制技術方法的歷史發展脈絡

隨著科學技術發展水平的持續提升，張力控制技術方法逐漸實現發展進步，且其發展歷程可以被劃分成3個具體階段[5]。

（1）機械式張力控制技術系統。機械式張力控制技術系統本質上就是在電氣化技術形態引入之前，以機械技術結構為基礎條件，運用齒輪技術組件和連軸技術組件，發揮針對主軸技術結構和從軸技術結構的相互連接作用，實現張力控制技術目標。在機械式張力控制技術系統具體運用過程中，通常涉及較多的人工技術操作環節，具體運用的控制技術相對簡單，且由于機械齒輪技術組件在發揮傳動技術功能的過程中展示的技術誤差較大，客觀上無法在具體控制技術活動開展過程中獲取和展示較高的精確度。

（2）電子式張力控制技術系統。電子式張力控制技術系統就是在引入種類多樣的電氣化技術組件的前提下，將張力控制技術系統中包含的機械技術結構替換成控制器技術組件、張力傳感器技術組件以及執行器技術組件等，構建具備電氣化特征的張力控制技術系統。電子式張力控制技術系統與機械式張力控制技術系統在具體發揮張力控制功能的過程中，能顯著提高總體精度。與此同時，機械式張力控制技術系統普遍存在強耦合技術因素和非線性技術因素，客觀上不宜在精確控制技術領域加以運用。

（3）智能式張力控制技術系統。智能式張力控制技術系統本質上就是在電子式張力控制技術系統的基礎上，引入并且運用智能控制算法技術程序，提高張力控制系統運行過程中的總體穩定性，全面徹底地解決傳統張力控制技術方式在實際運用過程中精確度水平較低的問題，客觀上成為現代化張力控制技術活動過程中可供選擇運用的首要方法。

近年來，隨著現代科學技術整體發展水平的提升，交流伺服技術形態的選擇運用領域呈現越來越廣泛的趨勢。在具體運行過程中，伺服電機技術設備能將電壓技術信號轉化成轉矩技術參數和速度技術參數，實現對速度參數水平和具體所處空間位置的精確控制。當前，伺服技術形態已經實現在機器人設備制造行業、數控機床設備制造行業以及高端印染行業的廣泛應用。

2 金屬彩印線傳動控制技術概述

2.1 金屬彩印線傳動控制技術系統的基本結構

在金屬彩印線傳動控制技術系統的內部結構中，入口段主要包含開卷段，其工藝段主要包含入口活套段、清洗段、鈍化段、底涂段、印花段、罩光段以及出口活套段，出口段主要包含收卷段。

2.2 金屬彩印線傳動控制技術系統的基本工藝流程

在金屬彩印線傳動控制技術系統的運行過程中，需要執行的基本工藝流程依次為：1#上料技術環節→1#開卷機技術環節→1#開卷轉向夾送輥技術環節→1#剪刀技術環節→過渡導板技術環節→轉向夾送輥技術環節（2#上料技術環節→2#開卷機技術環節→2#開卷轉向夾送技術環節→2#剪刀技術環節）→匯合夾送輥技術環節→縫合機技術環節→壓毛刺輥技術環節→1#張力輥技術環節→入口活套技術環節→1#雙輥糾偏技術環節→2#張力輥技術環節→清洗段技術環節（1#、2#熱水噴淋）→吹干加熱裝置技術環節→三色印花機裝置技術環節（預留一色印花單元位置）→1#托輥組技術環節→3#張力輥技術環節→2#托輥組技術環節→2#雙輥糾偏技術環節→輥涂機技術環節→固化爐技術環節→熱覆膜機技術環節→風冷裝置技術環節→霧冷裝置技術環節→水冷裝置技術環節→3#擠干糾偏裝置技術環節→烘干裝置技術環節→4#張力輥技術環節→出口活套技術環節→4#雙輥糾偏技術環節→5#張力輥技術環節→水平檢查臺技術環節→冷覆膜機技術環節→出口剪技術環節（帶夾送輥）→EPC技術環節→出口轉向夾送輥技術環節→卷取機技術環節→人工卸料技術環節。

3 張力控制系統的硬件設計分析

在設計自動化技術系統的過程中，需要遵循的主要原則是確保自動化技術系統同時具備高度的完整性、先進性、可靠性以及適用性，為后續維護環節和功能擴展環節創造便利條件。此外，鑒于實際涉及的各類工藝技術設備具備預留功能，自動化技術系統也應具備預留功能。

在建設機組設備、形成自動控制技術系統的過程中，要選擇具備電儀一體化特點的自動控制技術系統。在選擇各類技術設備的過程中，要嚴格遵循和踐行先進性、經濟性、實用性以及可靠性指導原則。要選擇質量可靠、性價比較高的先進技術設備和元件，保證在具體生產過程中表現出良好的質量，并且在技術指標層面和經濟指標層面充分展現先進性。

3.1 控制器技術組件的型號選取

控制器技術組件在控制技術系統內部占據核心地位，能發揮穩定且充分的決策功能，是控制技術系統內部最關鍵的結構組成部分。

結合鋼板彩印線運行使用過程中需滿足的控制器技術要求和基本工藝技術特點，選擇運用隸屬于SIMATIC S7-1500系列的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）技術組件，主要特點集中體現在以下方面：CPU1516-3PN/DP編程技術環節運用的數據塊數量最多能達到6 000個，數據塊的最大容量為5.00 MB，FB、FC以及OB的最大容量為512.00 KB。用于發揮程序控制功能的工作存儲器技術結構容量為5.00 MB，用于發揮數據存儲功能的工作存儲器技術結構容量為1.00 MB。插槽式裝載存儲器技術結構的最大容量為2.00 GB，S7定時器技術結構和計數器技術結構的設置數量各為2 048個，IEC定時器技術結構和計數器技術結構的實際設置數量不受限制。位存儲技術結構的容量為16.00 KB。I/O技術模塊的設置數量最多可達8 192個，過程映像分區的設置數量最多32個，過程映像輸入環節與輸出環節的最大容量都是32.00 KB，每個機架結構內部最多可以設置32個技術模塊。

CPU控制器技術組件擁有超高速運算處理能力，位操作技術指令的處理過程持續時間典型值為10.00 ns，換言之，在1 μs內可支持完成針對100條位操作技術指令的處理環節，浮點數運算指令的處理過程持續時間典型值為64.00 ns。S7-1500采用當前最快的背板總線和高效的傳輸技術協定，控制且保證了技術信號快速化處理狀態，點到點之間的反應過程持續時間不到500.00 μs。AI技術模塊與AO技術模塊的分辨率參數均為16位，8點AI技術模塊的每個技術模塊轉換時間參數為125.00 μs，數字量輸入技術模塊具有50.00 μs的超短輸入延時技術特征。用于發揮計數功能、測量功能和定位輸入功能的工藝模塊TM Poslnput的最高信號頻率參數為1.00 MHz，4倍速時的參數為4.00 MHz，可用RS-422接口技術結構具體連接脈沖編碼器，支持等式模式、診斷中斷和硬件中斷。采用PROFINET IRT通信可以保證確定的反應時間和高精度的系統響應，最短循環時間參數為250.00 μs。控制器技術組件的型號選擇分布如表1所示。

表1 控制器技術組件的型號選擇分布

3.2 電機設備的型號選取

電機設備的型號選取參數分布如表2所示。

表2 電機設備的型號選取參數分布

3.3 變頻器技術組件的型號選取

變頻器技術組件的型號選取參數分布如表3所示。

表3 變頻器技術組件的型號選取參數分布

3.4 張力傳感器技術組件的型號選取

（1）將工作電壓參數指標設定為24.00 DV。

（2）將工作電流參數指標設定為4.00～20.00 mA。

（3）將響應頻率參數指標設定為大于300.00 Hz。

（4）將靈敏度參數指標設定為（5 000.00±30.00）mV/fs。

（5）將測量范圍參數指標設定為0～3 000.00 kg。

4 結語

綜合梳理現有研究成果可知，彩印鋼板產品具備優質技術性能和較大應用空間，做好針對鋼板彩印線張力控制系統的設計，對提升彩印鋼板產品的總體技術性能、發揮彩印鋼板產品的最大應用價值發揮著不容忽視的作用。