D435在铜箔生产线3631.docx

SIMOOTIOON DD4355在铜箔箔生产线线电控系统统中的应应用万筱剑11 李铁铁才2 张立立群11. 哈哈尔滨工工业大学学深圳研研究院 2. 哈尔尔滨工业业大学 摘要：介介绍了铜铜箔生产产线电控控系统的的构成，重重点分析析了卷绕绕的控制制原理，讨讨论了整整个控制制过程，给给出了实实用的控控制方案案。运用用SIMMOTIION实实现了张张力闭环环自动控控制、动动态补偿偿、断箔箔报警连连锁控制制及电气气一体化化连锁控控制等。应应用证明明，收卷卷质量达达到要求求，并且且该系统统有良好好的操作作性和可可靠性。关键词：交流传传动 SIMMOTIION 张力力控制Appllicaatioon oof CCoppper Coiil PProdducttionn Liine Eleectrric Conntroolleed SSysttem witth SSIMOOTIOON DD4355Wan Xiaaojiian Lii Tiiecaai Zhaang LiqqunAbsttracct：Thee ellecttricc coontrrol sysstemm offthee cooppeer ccoill prroduuctiion linneiss inntrooducced in thiis aartiiclee, tthe priinciiplee off wiind conntrool iis mmainnly anaalyzzed, thhe eentiire conntrool pproccesss iss diiscuusseed aand thee uttiliity proograam iis bbrouughtt ouut. Tennsioon cclossed auttomaaticc coontrrol, dyynammic commpennsattionn, bbreaak ffoill deetecctioon, eleectrric prootecctioon cchaiin rreacctioon aare reaalizzed by simmotiion. The apppliccatiion proovedd thhat thee wiind-up quaalitty rreacchess deemannds andd thhis sysstemm haas ffinee seerviiceaabillityy annd rreliiabiilitty.Keywwordds：AC driive SIIMOTTIONN D4435 teensiion conntrool71 引引言目前，在在铜箔卷卷绕设备备中用交交流传动动代替直直流传动动已成为为发展趋趋势。此此外，在在铜箔生生产线卷卷绕的整整个过程程中，要要求其张张力是恒恒定的，而而且对系系统的稳稳定性和和控制精精度又有有很高的的要求，因因此我们们有必要要对其电电控系统统进行研研究，来来提高生生产线的的整体性性能。2 系系统构成成本文所涉涉及的铜铜箔生产产线长度度约244 m，铜铜箔在生生产线上上电镀时时有微微微的增厚厚，在各各种导辊辊上穿插插后长度度在400 m左左右，铜铜箔的最最大宽幅幅13660 mmm，设设计机列列速度为为36 m/mmin。成成品卷的的质量标标准为：具有适适当的硬硬度，且且内紧外外松，径径向硬度度分布均均匀。为为了达到到上述的的指标，采采用了全全数字的的交流伺伺服系统统作为电电控系统统的主传传动装置置。系统主要要有以下下几个部部分组成成：1)开卷卷和收卷卷驱动辊辊，一个个速度辊辊，6个个辅助辊辊，分别别由单独独的交流流伺服电电机拖动动，并由由6SLL31220全数数字双轴轴驱动器器供电。2)西门门子SIIMOTTIONN DD4355作为中中心控制制器。3)张力力检测装装置。4) TTP2770触摸摸屏作为为输入操操作和状状态显示示。3 系系统控制制原理与与控制策策略3.1 卷取控控制原理理铜箔卷绕绕机构对对控制系系统的基基本要求求是在卷卷绕的整整个过程程中，保保持铜箔箔上的张张力恒定定，图11是铜箔箔生产线线收卷部部分的原原理示意意图，设设铜箔的的张力为为T，卷辊辊直径为为D，前一一单元MM1运行中中铜箔的的线速度度为V1，卷绕绕单元MM2运行中中铜箔的的线速度度为V2。根据据胡克定定律，铜铜箔内的的张力TT 为 （11）图1 收卷部部分原理理示意图图式中：为为铜箔的的弹性模模量；为为铜箔的的截面积积；为传传动点之之间的距距离；tt为机器器启动时时间。由上式可可见，铜铜箔在作作为张力力调节对对象时，是是一个积积分环节节，控制制张力实实际就是是控制线线速度差差V2-V1，所以以，从某某种意义义上说，张张力控制制系统实实际上就就是一种种线速度度跟踪系系统。对式（11）求导导，得到到： （2）式（2）中中，对同同一种铜铜箔可以以认为/L是常量量，那么么张力的的变化量量只与线线速度的的变化有有关，因因此我们们可以采采用控制制线速度度的方式式来实现现恒张力力控制的的目的。控控制线速速度也就就是控制制电机的的转速，这这就需要要知道收收卷的卷卷径，而而收卷的的卷径是是随着收收卷的进进行而逐逐渐增大大的，需需要实时时计算。 （3）式中：VV1是机列列的实际际线速度度， nn2是收卷卷电机的的实际转转速。通过式（33）可以以实时计计算出收收卷的卷卷径。知知道了收收卷的卷卷径，也也就可以以求出收收卷电机机的速度度指令nn2: （44）3.2 控制制策略通过上面面的分析析，我们们可以得得出张力力闭环的的控制方方案，即即通过调调节电机机转速来来实现张张力恒定定的目的的，首先先根据张张力检测测装置的的张力反反馈信号号与张力力的设定定值构成成的PIID闭环环，作为为速度指指令的调调节信号号，计算算出收卷卷部分的的线速度度指令VV2，然后后通过VV2和卷筒筒的卷径径计算出出匹配的的电机速速度指令令送给交交流驱动动器。系统配置置了西门门子SIIMOTTIONN D4435和和TP2270触触摸屏，可可以组成成控制精精度和自自动化程程度较高高的系统统，并且且考虑到到系统动动态响应应性，稳稳定性和和精度性性的要求求，系统统采用以以下控制制方案：1）系统统的车速速由单独独的速度度辊传动动系统来来提供，这这个辊通通过交流流伺服电电机拖动动，运行行在速度度模式下下，它的的实际线线速度作作为机列列的速度度基准，为为了保证证启动和和停止的的运行平平稳，采采用S加加减速曲曲线升降降速。2）开卷卷辊传动动系统运运行在张张力闭环环控制模模式。3）收卷卷辊传动动系统也也是运行行在张力力闭环控控制模式式下，不不同之处处是添加加了张力力的锥度度补偿，用用来防止止铜箔“窜层”和内部部产生“折皱”，以此此来保证证卷绕的的质量。所所谓的张张力锥度度控制就就是指初初始张力力T0与终止止张力TTminn（对应应最大卷卷径时的的张力值值）的差差值与初初始张力力的百分分比，即即： （55）张力与卷卷径的关关系如图图2所示示。图2 张张力与卷卷径关系系图由式（55）及图图2可得得：tan （66）任意卷径径时候的的张力为为 （77）4）其余余的6个个辅助辊辊传动系系统也是是运行在在张力闭闭环控制制模式下下，它们们提供系系统运行行过程中中由于摩摩擦等的的能量损损失，从从而保证证中间部部分铜箔箔上的张张力恒定定。5）控制制系统和和交流伺伺服驱动动器之间间通过PPROFFIBUUS通讯讯来传递递信息，从从而使电电气传动动系统连连接简便便，辅助助设备操操作灵活活，方便便。6）系统统由穿卷卷到运行行过程中中，各个个辊之间间铜箔会会有一个个由松到到紧的过过程，如如果这个个过程变变化过急急，猛的的把铜箔箔由松弛弛状态到到绷紧状状态，很很容易把把铜箔拉拉断，从从而产生生断箔。所所以张力力应该是是按照SS曲线变变化量递递增，而而不应该该是阶跃跃的变化化量。7）动态态补偿的的实施由由SIMMOTIION D4335通过过软件来来完成，收收卷辊的的锥度补补偿曲线线通过实实测的数数据来实实现。4 SIMMOTIION D4335的硬硬件配置置和软件件设计4.1 硬件件配置控制器采采用西门门子的SSIMOOTIOON DD4355，该控控制器是是基于SSINAAMICCS SS1200驱动平平台的驱驱动系统统，是一一个极其其紧凑同同时具有有强大控控制功能能的驱动动控制系系统，它它带有两两个具有有时钟同同步的PPROFFIBUUS接口口以及两两个以太太网口，可可以通过过DRIIVE-CLiiQ接口口与SIINAMMICSS S1120的的其它模模块进行行数据交交换，通通过扩展展，一个个SIMMOTIION D4335最多多能控制制64个个轴，单单独的一一个SIIMOTTIONN D4435仅仅可以控控制6个个轴，由由于本系系统控制制的轴数数为9，故故选取了了CX332轴扩扩展模块块。整个系统统由SIIMOTTIONN D4435，CCX322多轴扩扩展模块块， SSINAAMICCS SS1200的双轴轴驱动模模块，EET2000和TTP2770触摸摸屏5部部分组成成。它们们之间通通过PRROFIIBUSS接口协协议通讯讯。SIIMOTTIONN主要完完成逻辑辑控制，算算法的运运算，接接受触摸摸屏和EET2000的信信号，同同时将计计算得到到的运动动指令送送到SIINAMMICSS S1120驱驱动控制制器中。4.2 主要要控制功功能1）现现场控制制信号的的采集，远远程I/O和操操作屏通通过PRROFIIBUSS总线把把现场操操作信号号送入SSIMOOTIOON。2）速度度的控制制及计算算，根据据工艺要要求设定定不同的的机列速速度，通通过计算算，传送送给速度度辊传动动装置。3）SIIMOTTIONN与触摸摸屏通过过高速通通讯传输输数据，将将各个传传动点的的工作状状态通过过触摸屏屏实时显显示出来来，同时时接受触触摸屏上上的操作作指令，控控制各个个传动点点执行相相应的动动作。4）张力力控制，通通过铜箔箔上张力力的设定定和传感感器的反反馈来实实现张力力闭环。5）断箔箔报警控控制、与与工艺有有关的电电气一体体化连锁锁控制。4.3 程序序流程主程序流流程图如如图3所所示，首首先初始始化程序序对参数数、卷径径计算模模块、张张力控制制模块、锥锥度补偿偿模块、机机列速度度等进行行初始化化。逻辑控制制程序流流程图如如图4所所示，根根据工艺艺要求执执行操作作台上的的按钮，实实现系统统的自动动控制。图3 主程序序流程图图图4 逻辑控控制流程程图参数读写写程序流流程图如如图5所所示，在在该子程程序中，SSIMOOTIOON采集集速度给给定、速速度反馈馈、张力力给定，张张力反馈馈等值，同同时操作作人员可可按照工工艺要求求，在操操作屏上上写进速速度、张张力等值值的大小小，以及及锥度补补偿的控控制等，这这些值通通过通讯讯总线送送到SIIMOTTIONN，所有有数据经经过SIIMOTTIONN的CPUU模块处处理后存存入相应应的数据据存储区区，SIIMOTTIONN把计算算的速度度给定传传给相应应的交流流伺服驱驱动器。图5 读写值值子程序序在运行过过程中，卷卷径计算算首先以以速度辊辊上的线线速度作作为机列列的速度度，然后后通过收收放卷辊辊的实际际角速度度根据式式（3）计计算出来来；收卷卷锥度动动态补偿偿的实施施也由SSIMOOTINN来完成成，根据据实测数数据以曲曲线的形形式存入入SIMMOTIION中中，运行行的时候候根据计计算得到到的卷径径值给出出相应的的张力值值，达到到锥度补补偿的目目的；同同时根据据张力的的反馈值值，实时时的对系系统进行行张力补补偿；利利用速度度辊驱动动电机的的编码器器来计算算成品铜铜箔的生生产量长长度，达达到定长长停车的的目的。4.4 实际际应用效效果采用上述述方案对对铜箔生生产线进进行控制制，取得得了良好好的效果果。由实实际收卷卷电机的的转速和和转矩波波动监控控图（图图6，图图7）可可知，转速波动动 转矩波动动 收卷电机机转矩波波动小，转转速恒定定。图6 收卷电电机转速速波动图7 收卷电电机转矩矩波动5 结结束语该系统采采用西门门子SIIMOTTIONN D4435作作为中心心控制器器，使开开发周期期大大缩缩短，模模块化的的设计和和各种通通用、专专用模块块使系统统配置变变得简单单，其符符合IEEC 6611331-33工业编编程语言言的国际际标准使使得系统统编程更更为方便便，其硬硬件结构构的工作作可靠性性及良好好的抗干干扰性能能，保证证了系统统的可靠靠运行。经经过调试试、试运运行，该该系统运运行情况况良好，收收卷质量量达到要要求。参考文献献1 孟彦京京.造纸机机变频传传动原理理与方法法M.西安安：陕西西人民出出版社，20022顾绳谷谷.电机及及拖动基基础MM.北北京：机机械工业业出版社社，199883 Apppliccatiion Winnderr wiith SIOOMOTTIONN4 SIMMOTIION D4335使用用手册