速度飽和與力矩控制在螺旋焊管機組遞送機電控系統的應用

1 后擺式螺旋焊管機組簡介

某螺旋焊管生產線采用了后擺式生產機組，其主要設備包括飛焊車、 銑邊機、 遞送機、 成型機、 后橋等， 如圖1 所示。 飛焊車上主要設備由開卷機、 轎平機、 剪切對焊機、 夾送機組成； 后橋上主要設備有飛剪設備、 鋼管輸出輥道； 遞送機采用上、 下輥雙電機驅動結構， 兩臺電機由一個變頻控制單元進行控制。 遞送速度控制的穩定性直接關聯到鋼管成型、 焊接質量， 如果遞送機遞送力矩輸出不平穩導致速度波動， 會造成鋼管焊接燒穿或焊縫形貌異常。

當遞送機采用上、 下兩輥獨立傳動結構， 兩臺電機分別驅動上、 下輥時， 容易出現兩輥力矩分配不均衡， 造成帶鋼遞送速度不穩定。 主要原因是電控系統設計時， 只考慮了對速度環的穩定控制，對帶鋼長時間運行過程中， 上、 下輥線速度誤差積累造成的力矩失衡不能及時糾正， 從而出現帶鋼打滑、 遞送速度波動。 改進后的遞送機電控系統采用西門子S120 調速器， 利用其速度環和力矩控制的兩個系統功能， 較好地解決了這個問題。

2 遞送機電控系統的設計

設計選用西門子S120 調速器的CU320-2DP 6SL3040-1MA00-0AA0 作為控制單元， 選用兩臺6SL3310-1TE33-1AA3 作為電機功率模塊，硬件系統組建如圖2 所示。

遞送機上、 下輥由兩臺電機驅動， 選用一個驅動控制器來控制， 相比于兩臺獨立電機驅動器系統響應速度更快， 系統內部數據交換穩定可靠。 控制設計方案中采用雙環控制即速度環和電流環控制， 速度環作為外環， 電流環作為內環，速度環的輸出作為電流環的輸入。 當速度環輸出值達到最大時， 此時的電流環會根據輸入值的變大， 而將其輸出值也調整到限定的最大值， 通過在S120 驅動器里進行相應的轉矩設置限制和合理的參數配置， 使得上、 下輥電機力矩快速達到平衡、 穩定。 圖3 為上輥速度設置通道圖。

如圖2所示，在MATLAB仿真中，LMS算法在約100次后達到了收斂狀態。且收斂誤差達到大約0.03數量級。

使用STARTER 軟件設置上、 下輥驅動器均工作在速度模式下， 進入專家菜單列表將兩輥驅動器的P1300 參數設置為21， 即帶編碼器的速度控制模式。 上輥主速度設定值來自下輥速度輸出值，通過讀取下輥r63[0] 的數值獲得， 并賦值在r2050中； 上輥速度設置偏置從參數P2900 獲得， 根據實際調試效果將上輥主速度的偏置設置為1.02 時，運行效果比較理想； 同時將上輥驅動器的力矩限幅P1522 參數設置為讀取下輥力矩輸出值r79 的數值。 圖4 為上輥力矩限制設置通道圖。

由圖4可知，新疆降水突變點為1986年；北疆降水突變點為1986，1997年，南疆降水突變點為1986年，突變點分布如表1。

速度飽和與力矩控制電控系統應用于生產線遞送機上， 進行X80 鋼級Φ1 420 mm×18.4 mm鋼管的生產， 機組運行速度設定為1.50 m/min，取得了較好的生產效果。 不僅有效降低了帶鋼對接焊縫通過遞送機時打滑現象的發生， 也提高了帶鋼遞送速度的穩定性。 生產現場機組遞送速度監測數據見表1。

3 應用效果

當遞送機運行起來時， 由于上、 下輥之間存在微小的速度差異， 那么上輥電機將很快進入速度飽和狀態， 其力矩受下輥制約， 短時間內上、 下輥電機力矩達到平衡并逐步穩定。 一旦發生機械負載異常變化時， S120 調速器系統即刻退出速度飽和狀態； 由于速度環的作用，系統可有效控制遞送機單輥瞬時失速故障的發生， 防止遞送機打滑故障的出現， 從而提高了遞送速度的穩定性。

圖5 為上、 下輥力矩跟蹤記錄曲線， 蘭色曲線為下輥力矩未進過濾波的數據曲線， 黃色曲線為下輥力矩未進過濾波的數據曲線。 圖6 為上、下輥電機電流記錄曲線。 通過遞送機監測數據、力矩跟蹤曲線和電流記錄曲線可以看出， 遞送機上、 下輥的力矩控制比較理想， 且速度運行穩定。

相當于現代建筑設計中的大樣圖。在鄉土建筑中，冬瓜梁、牛腿、屋脊、柱礎、檐口等不同做法具有相當突出的地方特色，如余少慧碩士學位論文《錢塘江流域冬瓜梁研究——以婺州地區為例》[11]中對冬瓜梁的源流進行探究，得出冬瓜梁的主要分布地區是徽州和婺州，并以此為中心進行輻射狀影響。諸如此類研究提供了以小見大的視角，從構件出發探尋鄉土營造的源流規律。

4 結束語

對于采用上、 下兩輥結構的遞送機， 要實現輸出較為理想的帶鋼遞送效果， 其電控設計就必須重視力矩均衡控制。 采用速度飽和與力矩控制的設計， 可以使帶鋼遞送速度運行平穩， 減少帶鋼在運行過程中， 尤其是對接焊縫通過遞送機時產生的打滑現象。 該設計方案在螺旋焊管機組使用后， 生產運行已兩年多時間， 系統運行平穩、可靠， 有效地保證了機組的運行穩定性和鋼管焊接質量。

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