基于Rxi—042和P80i的張力輥組動(dòng)態(tài)負(fù)荷平衡的控制方法研究

郭迪

摘 要：本文通過(guò)天津新宇彩板廠三期工程建設(shè)中的1、2、3、4號(hào)鍍鋅線和1、2號(hào)彩涂線共6條生產(chǎn)線的安裝調(diào)試期間，以通用電氣（GE）自有品牌軟硬件為基礎(chǔ)結(jié)合其設(shè)備特點(diǎn)優(yōu)化控制性能， 在國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)和研究生產(chǎn)線上張力輥組內(nèi)各張力輥動(dòng)態(tài)負(fù)荷平衡的控制技術(shù)，并對(duì)該項(xiàng)目所采用的負(fù)荷平衡計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：張力輥動(dòng)態(tài)負(fù)荷平衡 P80i Rxi-042

中圖分類號(hào)：TG155. 4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）10（b）-0069-02

由于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)形勢(shì)影響，冶金行業(yè)的各類鋼卷涂鍍工藝處理線的工藝要求越來(lái)越高。高端家電板，汽車板等高質(zhì)量產(chǎn)品不再僅僅只是國(guó)企的追求。市場(chǎng)倒逼企業(yè)在產(chǎn)品質(zhì)量上求新求變，以增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而生產(chǎn)時(shí)由于帶鋼打滑從而造成帶鋼表面缺陷一直是很多企業(yè)的涂鍍線無(wú)法避免的問(wèn)題。

采用張力輥組動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配系統(tǒng)，從而減少了由于張力輥表面粗糙度下降引起的帶材損傷，提高帶鋼表面質(zhì)量，并延長(zhǎng)了張力輥的使用時(shí)間。本文基于通用電氣（GE）自有品牌PLC“Rxi-042”以及配套軟件P80i為基礎(chǔ)結(jié)合其設(shè)備特點(diǎn)優(yōu)化控制性能，在國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)和研究生產(chǎn)線上張力輥組內(nèi)各張力輥動(dòng)態(tài)負(fù)荷平衡的控制技術(shù)。

1 GE軟硬件介紹

1.1 Rxi-042

Rxi-042是由GE Power Conversion開(kāi)發(fā)的數(shù)字型控制器，使用標(biāo)準(zhǔn)化電力電子控制器PECe，其設(shè)計(jì)用于極限時(shí)間響應(yīng)的應(yīng)用，其實(shí)時(shí)響應(yīng)時(shí)間能夠比1ms更短。它特別適用于同步控制多個(gè)驅(qū)動(dòng)控制器。其中VxWorks是Rxi-042控制器中基礎(chǔ)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，它結(jié)合了高性能處理能力，具有更新更強(qiáng)大的處理器和多個(gè)目標(biāo)同時(shí)處理的能力。

Rxi-042將所有的自動(dòng)化控制器的組件集成為一個(gè)單元，允許通過(guò)多種總線，如Profibus、CAN、以太網(wǎng)和Modbus-TCP/ IP連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。其附加功能有：

（1）相同處理器中多應(yīng)用全局?jǐn)?shù)據(jù)控制；（2）所有應(yīng)用程序任務(wù)在線下裝；（3）看門狗監(jiān)控和硬件激活；（4）中斷和中斷任務(wù)同步；（5）觸發(fā)式歷史記錄；（6）TCP/ IP編程通訊；（7）可使用P80i工具套件編程，具有多用戶網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)功能。

1.2 P80i

軟件工作平臺(tái)P80i是用于開(kāi)發(fā)，調(diào)試和維護(hù)高性能處理器Rxi-042的工具，提供了面向用戶的功能模塊化編程語(yǔ)言FBD（功能模塊圖）來(lái)進(jìn)行編程。功能塊圖編程庫(kù)，包括處理邏輯和數(shù)值模塊，處理非線性和復(fù)雜算法的模塊。并能根據(jù)應(yīng)用的類型，可以選擇幾種功能模塊庫(kù)。P80i的功能塊圖編輯器支持以下功能：

（1）以結(jié)構(gòu)化和分層結(jié)構(gòu)的形式，建立流程圖和功能概要圖；（2）通過(guò)頁(yè)面的導(dǎo)入和通用功能塊的參數(shù)賦值 來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)功能的復(fù)用；（3）生成程序變量的數(shù)據(jù)庫(kù)；（4）在線說(shuō)明文檔：圖表、變量數(shù)據(jù)庫(kù)、交叉參考、自帶說(shuō)明的塊圖、各功能的數(shù)據(jù)列表；（5）“Task替換”功能支持在線修改程序。

2 涂鍍線上張力輥負(fù)荷平衡的控制

張力的產(chǎn)生是因?yàn)閺埩伵c張力輥之間電機(jī)的不同步運(yùn)行，使帶鋼產(chǎn)生縱向拉力，形成張力。張力輥是用來(lái)形成張力和分割張力的重要設(shè)備，一般有兩輥、三輥或者四輥為一組。

Ci為1號(hào)張力輥轉(zhuǎn)矩反饋值；Red為齒輪比（Roll gear ration ）R為張力輥半徑（ Roll diameter）；Bc為張力輥的彎度應(yīng)力補(bǔ)償值（Bending correction）。

則1號(hào)張力輥所受張力值為：T1= ∑Ci·Red/R-Bc

由于涂鍍線是連續(xù)生產(chǎn)，鋼帶的產(chǎn)品規(guī)格經(jīng)常發(fā)生變化，作用在張力輥上的張力設(shè)定值也需要隨之變化。如果某一張力段的張力設(shè)定值跟不上該段帶鋼張力的實(shí)際需求或是張力輥在長(zhǎng)期的非正常負(fù)荷工作中累積到一定的機(jī)械磨損時(shí)就容易發(fā)生鋼帶打滑。采用動(dòng)態(tài)負(fù)荷分配系統(tǒng)，可以根據(jù)帶鋼與張力輥接觸運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)和張力輥的當(dāng)前工作負(fù)荷，合理分配張力輥組中每個(gè)張力輥的工作力矩。從而防止個(gè)別張力輥因負(fù)荷太大導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)；還減少了由于張力輥表面粗糙度下降引起的帶材損傷，提高了帶鋼表面質(zhì)量，并延長(zhǎng)了張力輥的使用時(shí)間。

張力輥每個(gè)輥?zhàn)又g都存在著負(fù)荷平衡。負(fù)荷的多少主要依賴于入口和出口張力輥的包角（張力輥壓輥的開(kāi)閉也會(huì)產(chǎn)生影響）。我們采用的負(fù)荷平衡計(jì)算公式為：

其中：

Pri為張力輥第i輥功率（kw）；

R（i）為張力輥包角（rad）；

PBS為所有張力輥功率（Kw）；

∑R為所有張力輥包角（rad）；

TE為上游張力值（DaN）；

α= 1 if TS > TE；

TS為下游張力值（DaN）；

α= -1 if TS < TE；

Max.T為Max（TE，TS）（DaN）；

Min.T為Min（TE，TS）（DaN）。

每個(gè)張力輥負(fù)荷平衡參數(shù)為了保證張力的穩(wěn)定，張力輥的負(fù)荷平衡是根據(jù)計(jì)算值動(dòng)態(tài)變化的公式如下：

其中a為張力輥負(fù)荷平衡參數(shù)；n為張力輥?lái)樞蛱?hào)；f為摩擦系數(shù)值∑R總包角值。

根據(jù)負(fù)荷平衡計(jì)算公式，我們?cè)谲浖写罱ㄏ鄳?yīng)的程序架構(gòu)，如圖1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)涂鍍線機(jī)組張力控制主要集中在大學(xué)、研究單位和一些主要有一定實(shí)力的電氣承包商，目前已形成以西門子相關(guān)硬件設(shè)備為主的控制技術(shù)。本文意在通過(guò)使用相對(duì)小眾的軟硬件設(shè)備，提供一個(gè)不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的功能，希望能夠?yàn)閺V大同業(yè)工作者帶來(lái)更多的啟發(fā)。

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