1、系統概述

金屬帶材在進行軋制，退火，清洗，拉矯等各種工藝加工時，都需要一套穩定運行的收放卷系統來對帶材進行恒張力控制，保證帶材一邊放卷進入各道工序加工后又進行卷取，以便開展下一道工序。長期以來金屬帶材恒張力收放卷系統被直流調速張力控制系統占據，而直流調速系統價格高，后期維護成本也貴，在變頻調速技術飛速發展的今天，完全可以采用變頻器配普通的變頻電機來取代，并且也可以達到恒張力控制的收放卷系統。

因此，當某金屬材料公司一套帶鋼清洗印花線要求我們改造時，我們選擇了變頻調速恒張力改放卷系統方案，而舍棄了該生產線原來的直流調速方案。

2、工藝特點

該帶材清洗印花線先對帶材表面雜質銹跡臟物進行清洗，擠干水份后在表面印字，然后進入烘箱烘干，再進行一次清洗涂油后進行收卷。要求帶材在進行上述各道工序時保證帶材張力恒定，并且線速度為0-10M/MIN可調；清洗水箱水溫與烘干箱加熱溫度可調并能恒溫；帶材表面印字清晰，印字后經烘干加熱再清洗后印花效果良好；收卷張力穩定并且邊緣整齊，以下為設備示意圖：

圖1 帶材清洗線示意圖

3、控制系統構成

針對以上要求，而且是原設備改造，由客戶提供了三菱FX2N的PLC，然后我們選擇三菱電機性能優秀的A840系列變頻器三臺，各用于開卷電機、收卷電機和一臺速度基準輥，每個電機均安裝編碼器。上位機速度給定傳送給線速度基準輥變頻器，然后開卷電機變頻器和收卷電機變頻器采用張力給定方式控制電流環。根據線速度相等的原理，同一時間內速度基準輥與開卷電機走過的帶村相等，可以推出速度基準輥的半徑與編碼器數的積與開卷機帶材半徑與碥碼器數的積相等，從而可以算出開卷機的實時卷徑，根據張力與轉矩的計算式，可以算出此時需要的轉矩，換成電流給定百分比傳送給開卷變頻器，收卷電機也是如此，從而保證恒定的張力控制。同時收卷臺利用伺服電機加糾偏探頭進行糾偏，以保證收卷邊緣整齊。

各清洗刷輥采取接觸器工頻啟停前后兩個清洗箱和中間烘干箱采用三段三相可控硅控制電阻絲，利用K分度熱電偶反饋給三個溫度控制器各自進行PID調節恒溫控制，然后上機與溫控制器進行通訊設定及反饋。整個系統上位機采用組態王軟件，PLC為FX2N-64MT（客戶存貨），FX2N-4DA及FX2N-4AD各一個，臺達伺服電機0.75KW一套（客戶提供）。

4、系統調試

整個系統操作分為傳動和聯機兩大部份，當傳動按鈕按下而聯機按鈕未按下時，系統開卷機，收卷機均可以點動正反轉以方便操作人員穿帶及倒卷或松卷緊卷，各洗刷輥均可以手動啟停。當傳動和聯機按鈕均按下時，系統開始聯動，生產線按照操作工在上位機上所設定的線速度和張力聯機運行，開卷機和收卷機開始進行卷徑計算并且輸出實時轉矩以滿足張力需求，各清洗刷輥及烘干加熱也聯機工作。同時收卷臺糾偏伺服電機根據糾偏探頭進行帶材糾偏，為了保證系統安全，必須對開卷電機和收卷電機進行限速，以防止飛車。以下為現場調試時的圖片（由于客戶現場不便拍照便只拍攝了下述幾張），由圖片可以看出，帶材收卷張力恒定并且邊緣整齊。

PLC采用GX-WORKS2 軟件在計算機上進行編程，下面為編程圖，具體程序略：

PLC程序設計部分梯形圖

5、系統優點

該系統取代了原有的直流調速收放卷系統，憑著三菱A８４０的優異性能及FX系列PLC出色的控制性能，為客戶省下了電機成本及后續的維護經費。

6、總結

三菱電機PLC及變頻器在金屬帶材收放卷系統的控制方面表現非常良好，由上圖可以看出系統獲得了很好的運行，說明完全可以取代行業內一直采用的直流調速方案，具有很好的價格優勢和維護優勢。