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A520（张力控制专用变频器）在可逆冷轧机上的应用方案

来源： 湖南众业源电气有限公司 日期：2019-11-15 15:59:43 点击：3309 属于：行业案例

A520（张力控制专用变频器）在可逆冷轧机上的应用方案

一、引言
冷轧机是在“再结晶”温度（包括常温）下将一定厚度的钢板轧成目标厚度的设备。传统的冷轧机都是用力矩电机和直流电机来控制的。众所周知，由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点：（1）需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短；（2）结构复杂，难以制造出大容量、高转速和高电压的直流电动机。随着电力电子技术、控制技术的发展，高性能矢量变频器的出现，变频器在冷轧机上的应用日益广泛。下面阐述A500 在可逆轧机上的应用。
二、可逆冷轧机的工艺流程
可逆冷轧机主要由以下几个部分构成：主驱动电机、放卷电机、收卷电机构成。轧机的工作过程为：主驱动电机牵引带钢从轮毂缝中穿过，通过下压电机或液压系统对棍系产生压力，从而使带钢产生形变，使出口的带钢变薄，左右收放卷电机产生足够的延伸应力（张力）以绷紧钢带。系统启动后，收放卷电机以设定的张力在主驱动电机的带动下运动，为了不使钢带“松弛”或“拉断”，必须确保系统中每一点钢带的线速度（秒流量）都相等，即张力恒定。钢带每次放完收满以后，通过外部开关实现收、放卷切换。即：放卷切换成收卷，收卷切换成放卷，如此循环直至钢带轧成目标厚度。

三、控制原理
某轧钢厂主驱动电机285Kw(配A500-315G型变频器)，放卷电机155Kw（配A520-160G 型变频器），收卷电机 155Kw （配A520-160G 型变频器）。主驱动变频器采用开环矢量控制，通过外接电位器来调速。收/放卷变频器采用环矢量控制，工作于张力开环转矩控制模式，采用线速度法测量卷径，线速度源采集于主驱动变频器的模拟量输出。张力开环转矩控制的原理就是通过控制变频器的输出转矩来控制张力的恒定。在张力（通过电位器设定）和卷筒的卷径（由卷径计算模块获得）确定的情况下，变频器匹配的转矩指令如下：
T=F*D/2*i*π;
T —变频器输出转矩
F —设定张力
D —卷筒的卷径
I —机械传动比
收放卷过程分析：
（1）放卷过程：电机的转矩方向和转速方向相反，电机工作于发电状态。

收卷过程：电机的转矩方向和转速方向相同，电机工作于电动状态。放卷电机被收卷电机拖动处于发电状态，工作过程中很容易跳“过压”故障，而收放卷电机的功率恰好完全相等，这样共直流母线就成了一种理想的解决方案，接线入下图所示：图5. 4冷轧机控制示意图

四、变频器调试要点及参数设置
在使用A520进行冷轧机的张力控制时，请按如下步骤进行操作和调试:
第一步:电机参数设置及调谐
1）恢复出厂值:A0-28设置为1；
2）输入电机参数:按照电机铭牌设置电机参数A1-01~A1-07；
3）调谐:在脱开负载情况下，把A1-00设置为2，按确认，屏幕显示TUNE并闪烁，按绿色RUN键，变频器开始动态调谐。若电机无法脱开负载，A1-00设置为1进行静态调谐。
第二步:空卷、满卷卷径给定
变频器空卷、满卷卷径可通过卷尺直接测试得出，然后将测量值分别设置到F3-12(空卷直径)和F3-11(满卷直径)中，单位为毫米(mm)，作为整个系统收卷的基本参数。
第三步:摩擦力矩自学习
    不卷卷材，以默认参数开启收卷变频器，适当调整张力给定，使得变频器运行频率稳定到非最大频率处，通常取5-45HZ之间，然后将U1-30的显示值设置到F3-49中，摩擦力矩学习完成。
第四步:实时卷径获取
A520目前有4种卷径给定方式，F3-10分别取:
0：不计算由多功能端子组合数字给定
 1：线速度计算由内部算法通过线速度计算得出
 2：Al1由外部传感器测量再通过AI给定
 3：AI2同2
对于与满卷与空卷变比比较大的场合，我们一般用线速度计算的方法获取实
时卷径。
线速度获取
A:主牵引获取：
由于主牵引和收卷在同一系统，故牵引的最大线速度与收卷的最大线速度相同，可将该最大线速度值直接设置到收卷变频器F3-05中，单位M/min；而牵引的线速度输出值A01与收卷变频器线速度输入Al1相连，故可实现线速度的跟随；主牵引线速度可以问现场工人，也可以向机械厂获取牵引辊传动比以及辊轴直径等信息进行计算：
    计算公式：V=N*Pi*D/i
          V：线速度M/MIN， N：牵引转速RPM/MIN，可通过牵引变频器功能码U1-14查看，Pi：圆周率，D：辊轴直径，i：传动比
B：现场估算:
1）收卷不带卷材，以默认参数开启整个系统，使得运行频率稳定在5-45HZ之间，如运行频率不在该区间，可微调张力给定AI2;
    2）对比U1-60（计算卷径）与空卷卷径，如果计算卷径比空卷卷径大，则给定最大线速度偏大，须将最大线速度按比例减小，反之需增大线速度；例如空卷卷径为100mm, U1-60显示卷径为150mm，设定最大线速度为1000M/MIN，这时应该将最大线速度F3-05设置为100/150*1000=667M/MIN。
    3）卷上卷材，验证卷尺实测卷径与U1-60显示是否有较大偏差，如有，可适当微调最大线速度F3-05，调整方法与2）步骤一致。
第五步:张力确认
A：经验确认：现场工人可通过张力给定电位器，按以往经验直接设置张力（张力设定值可通过U1-62查看）。
B：现场调试确认:
1)卷上卷材，测试不同卷径时卷材上面张力大小是否合适，不合适则做适当微调，太紧则减小电位器给定，反之增大电位器给定，以确定最终张力设定值（张力设定值可通过U1-62查看）。
第六步:张力锥度确认
    张力锥度默认有效，调试时，先以上述确认后的张力来收卷卷材，如果卷材出现内松外紧的菜花状，则需增大锥度系数，减小满卷附近的张力给定;如出现内紧外松的情况则减小锥度系数，增大满卷附近的张力给定;松紧度一致，则说明出场值合适，张力锥度系数为F3-39。
第七步:启动力矩补偿
    张力控制变频器带卷材启动时，如果因为卷材自重以及静摩擦力的影响导致启动不了，此时可适当增大F3-65:启动力矩补偿系数，从1%慢慢往上加，该参数不宜设置太大，能启动即可。
A500压辊变频器：

功能码	名称	设定范围	出厂值
A0-03	控制方式	1：开环矢量控制 2：VF控制	1
A0-04	运行指令	0：操作面板运行命令通 1：端子命令通道（LED亮） 2：通讯命令通道（LED闪烁）	1
A0-06	主频率源X选择	0: Up/Down修改频率停机不记忆 1: Up/Down修改频率掉电记忆 2:AI13:AI2 4:多段速 5:简易PLC 6:PID 7:通信给定 8: PULSE脉冲设定	2
A0-23	加速时间1	0.0s～3000.0s	10.0s
A0-24	减速时间1	0.0s～3000.0s	10.0s

A520放卷变频器：

功能码	名称	设定范围	出厂值
F0-00	应用宏设置	0：标准机 1：收卷 2：放卷 3：张力控制	3
A0-03	控制方式	1：开环矢量控制 2：VF控制	1
A0-04	运行指令	0：操作面板运行命令通 1：端子命令通道（LED亮） 2：通讯命令通道（LED闪烁）	1
Ad-01	转矩数字给定	-200.0%～200.0%	120.0%
Ad-07	转矩模式频率加速时间	0.0s～1000.0s	0.5s
Ad-08	转矩模式频率减速时间	0.0s～1000.0s	0.5s
Ad-10	速度/转矩模式选择	0：速度模式 1：转矩模式	1
F3-00	张力控制选择	0：无效 1：张力开环转矩模式 2：张力闭环转矩模式 3：张力速度模式	1
F3-01	卷取模式	0：收卷 1：放卷	1
F3-02	线速度输入选择	0:数字 1:Al1 2: AI2 3:脉冲 4: RS485	1
F3-03	线速度数字设定	最小线速度(F3-06)~最大线速度(F3-05)	100.0
F3-05	最大线速度m/min	F3-06~6500. 0	1000.0
F3-06	最小线速度	0. 0 ~F3-05	100.0
F3-10	卷径来源选择	0：不计算 1：线速度计算 2： Al1 3： Al2 4:绕圈计算（保留）	1
F3-11	最大卷径	空芯卷径(F3-12)~9999	现场设置
F3-12	空芯卷径	1~(F3-11)	现场设置
F3-23	初始卷径1数字设定	1- 9999	现场设置
F3-31	张力设定选择	0：数字 1:数字(增加UP/DOWN调节存储 2： Al1 3： Al2	3
F3-33	张力设定值	0~(F3-34)	现场设置
F3-34	最大张力	0~30000	100
F3-38	张力锥度系数选择	0：数字设定 1： Al1 2： Al2	0
F3-39	张力锥度系数	0%~100%	95%
F3-41	闭环张力控制张力锥度起效选择	0：锥度无效 1：锥度有效	1
F3-44	机械传动比	0. 001~65. 535	1.000
F3-49	摩擦力矩(额定力矩)	0. 0%~50. 0%	3.0%
F3-65	转矩提升比例	0. 0%~100. 0%	00. 0%

A520收卷变频器:

功能码	名称	设定范围	出厂值
F0-00	应用宏设置	0：标准机 1：收卷 2：放卷 3：张力控制	3
A0-03	控制方式	1：开环矢量控制 2：VF控制	1
A0-04	运行指令	0：操作面板运行命令通 1：端子命令通道（LED亮） 2：通讯命令通道（LED闪烁）	1
Ad-01	转矩数字给定	-200.0%～200.0%	120.0%
Ad-07	转矩模式频率加速时间	0.0s～1000.0s	0.5s
Ad-08	转矩模式频率减速时间	0.0s～1000.0s	0.5s
Ad-10	速度/转矩模式选择	0：速度模式 1：转矩模式	1
F3-00	张力控制选择	0：无效 1：张力开环转矩模式 2：张力闭环转矩模式 3：张力速度模式	1
F3-01	卷取模式	0：收卷 1：放卷	0
F3-02	线速度输入选择	0:数字 1:Al1 2: AI2 3:脉冲 4: RS485	1
F3-03	线速度数字设定	最小线速度(F3-06)~最大线速度(F3-05)	100.0
F3-05	最大线速度m/min	F3-06~6500. 0	1000.0
F3-06	最小线速度	0. 0 ~F3-05	100.0
F3-10	卷径来源选择	0：不计算 1：线速度计算 2： Al1 3： Al2 4:绕圈计算（保留）	1
F3-11	最大卷径	空芯卷径(F3-12)~9999	现场设置
F3-12	空芯卷径	1~最大卷径(F3-11)	现场设置
F3-23	初始卷径1数字设定	1- 9999	现场设置
F3-31	张力设定选择	0：数字 1:数字(增加UP/DOWN调节存储 2： Al1 3： Al2	3
F3-33	张力设定值	0~最大张力(F3-34)	现场设置
F3-34	最大张力	0~30000	100
F3-38	张力锥度系数选择	0：数字设定 1： Al1 2： Al2	0
F3-39	张力锥度系数	0%~100%	95%
F3-41	闭环张力控制张力锥度起效选择	0：锥度无效 1：锥度有效	1
F3-44	机械传动比	0. 001~65. 535	1.000
F3-49	摩擦力矩（额定力矩）	0. 0%~50. 0%	3.0%
F3-65	转矩提升比例	0. 0%~100. 0%	00. 0%

注:本系列产品出现的其他故障与问题，请查看通用变频器A500系列《用户手册》并处理。

上一案例：众业源A500系列变频器恒压供水行业参数调试说明

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