张力分段控制在铜加工设备中的运用
来源:用户上传
作者:
摘 要：文章在阐述铜箔生产张力控制原理和过程的基础上，以恒张力恒速度控制为目标，重点分析了卷绕的控制原理，打造了专业的数学模型，通过SIMOTION进行卷径计算和锥度控制，旨在能够实现对铜箔的张力控制。
关键词：张力分段控制；铜加工设备；性能提升
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.037
铜材料由于具备良好的物理性能、化学性能、机械性能等，被人们广泛应用在电子、化工、汽车、装饰等多个行业中。在社会经济和科技的发展支持下，近几年，我国铜加工生产达到了世界第一的水平，相应的铜加工设备技术创新也取得了良好的成果。高精度板带材带式生产法逐渐代替了以往的块式生产法，提升了板材的精准度。张力分段控制在铜加工设备中的应用能够有效提升铜加工设备的加工精准度，为此，文章结合实际就张力分段控制在铜加工设备中的运用问题进行探究。
1 张力控制原理
对于直流传动张力控制系统带材张力和电机电枢电流关系可以做出如下的表示：
在公式中T代表的是张力，Cm代表的是电机常数，D代表的是卷径直径，Id是电机电枢电流；代表的是电机磁通；K代表的常数。通过公式（3）式可知，带材张力T和电机的电枢电流Id呈现出一种正比的关系。在电机工作的情况下，磁通是固定的，在卷径D也被固定之后张力的大小完全由电流来控制，如果卷取机恒张力控制，那么带材的张力和Id/D呈现出正比的关系，电流随着卷径D的变化而出现相应的变化。
1.1 直接张力控制
直接张力控制主要是指利用张力计来测定张力的大小，并将获得的信号送入到指定的系统中进行闭环控制处理，从而使得系统的实际张力和之前设定好的张力相等同。生产过程中所应用的压磁张力计能够有效测量出张力的大小，并能够将测量的信息直接在张力计上标识出来。
1.2 间接张力控制
可逆冷轧机的卷取机采用了SIMOVER MASTER DRIVE交流调速矢量控制方式。矢量控制原理的基本出发点是异步电动机本身是一个多变量、非线性的时变系统，在使用的过程中很难直接通过外部添加的信号来准确控制电磁扭矩，但是如果以电子磁通过这一旋转空间作为矢量参考坐标，在静止坐标系的作用下能够将定子电流中的励磁电流转变为矩形电流。
2 张力控制过程
当前，实现恒张力控制的方式大多分为以下几种：①采用直流电机进行控制。在直流电机的作用下能够对电机电枢电流、磁通和卷径之间的比值确定为恒定的数值，从而实现对张力的恒定管控、②应用力矩电机进行控制。借助张力传感器测算出铜箔的张力，将测量信号作为一种信息反馈到张力调节器上，强化对铜箔张力的控制。③采用交流伺服电机。在交流伺服电机的力矩运行模式影响下电机运行操作会得到相应的控制。但是从当前市场发展实际情况来看，铜箔收卷一般会由直流电机控制，在具体操作的时候会出现较多的故障问题，不利于提升产品质量。为此，需要相关人员采取有效措施控制铜箔收卷。
3 铜箔加工张力控制优化
想要使铜箔的收卷变得整齐，需要确保铜箔具备一定的张力，在张力的影响下稳定的运行。因而在考虑多种因素的情况下可以应用SIMOTION来进行卷径计算，实现对张力的恒定，实现了速度恒定好张力的平衡，避免收卷过程中产生波动现象。
3.1 数字模型的打造
为了能够更好分析铜箔加工张力变化过程，打造了铜箔张力控制数字模型示意图，铜箔张力控制数字模型示意图相应的动态力矩平衡方程表示如（4）所示。铜箔这种卷材在使用的时候发现其运作效率比较低，但是其穩定性较强，可以被粗略的看做是一个恒定的数值，对应得到的卷绕系统静态力矩平衡方程如（5）所示。从公式中可以发现，在收卷半径不发生变化的时候，想要确保张力恒定，转矩会随着半径的变化而产生变化，为此，想要得到卷径数值需要加强对Mt-的控制。
3.2 具体控制策略
首先，将直流电机转变为交流伺服电机，通过控制交流伺服电机实现对整个铜箔张力收卷系统的控制。其次，阴极辊的转动会在速度闭环模式下来运作，整个系统的运作速度比较恒定。为了避免出现铜箔褶皱，需要相关人员加强对铜箔锥度的控制，提升卷绕的质量。
3.3 具体方案的实施
应用全数字化的交流伺服系统作为控制铜箔质量的关键机制，在具体使用的过程中由以下几个方面组成：①阴极辊和收卷驱动辊一般由单独的交流伺服电机带动操作。②西门子SIMOTION是整个铜箔的中心控制器。③TP270触屏能够显示出人们的实际操作状态个各项指令。在应用上文叙述的方案操作之后，取得了良好的效果，转速波动变为（3.539/1006）%=0.352%，转矩波动变为（0.028/1.055）%=2.65%。
4 结束语
综上所述，张力分段控制技术在铜加工设备和铜箔生产中的应用有效提升了铜加工设备和零件的生产技术水平，取得了良好的社会经济效益和社会效益。在铜箔生产过程中，毛箔收卷操作直接关系到铜箔的生产质量，为此，文章结合铜箔生产过程中的一些特殊工艺要求，需要相关人员以恒速度恒张力作为基本控制目标，借助相关数学模型打造一种完善的铜箔张力控制方案，旨在能够提升铜箔的质量。
参考文献：
[1]詹飞.铜加工板带轧机张力控制系统的设计和应用[J].中国金属通报，2014（S1）.
[2]景征.冷连轧板带张力控制系统的研究[D].河北工业大学，2010.
作者简介：徐文斌（1971-），男，安徽桐城人，本科，高级工程师，研究方向：铜加工工艺及设备。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14697042.htm
