重卷分卷工藝是現(xiàn)代冷軋帶鋼生產(chǎn)中的一個重要組成部分，它將鋼卷由開卷機展開后，剪切除掉帶鋼頭尾不符合要求的部分，帶頭送至焊機與上一卷帶尾進行焊接，通過兩彎兩矯矯直機改善板型，經(jīng)圓盤剪進行切邊，最后到達帶鋼檢查站進行表面檢查。隨后帶鋼送到靜電涂油機進行涂油處理，然后送卷取機進行卷取。該工藝對傳動部分要求應(yīng)保持恒定的線速度、并實現(xiàn)對張力的高精度控制；
EC550高性能矢量型變頻器是由中冶南方（武漢）自動化有限公司開發(fā)的新一代全數(shù)字調(diào)速裝置，內(nèi)置可自由編程的功能模塊，在進行編程輸入后，可實現(xiàn)機組速度匹配、卷徑計算、張力給定計算、加減速補償?shù)葟?fù)雜的運算功能，在EC550和上級PLC 實現(xiàn)必要的邏輯信號交換，達到其工藝設(shè)計要求
本系統(tǒng)采用EC550高性能矢量型變頻器，構(gòu)成開卷機、轉(zhuǎn)向輥、卷取機，構(gòu)建重卷分卷機組基本的傳動系統(tǒng)，結(jié)合S7 400 CPU及高速計數(shù)器，實現(xiàn)主令MRG、LCO、張力控制、卷徑計算等工藝功能，并通過WIN CC畫面模擬機組運行過程。
1系統(tǒng)介紹
自動化系統(tǒng)硬件配置圖
2、工藝功能實現(xiàn)
2.1傳動系統(tǒng)分合閘
功能意義：
通過HMI對重卷分卷機組主傳動系統(tǒng)進行遠程分合閘，變頻器應(yīng)能準(zhǔn)確穩(wěn)定的分合閘及輸出相應(yīng)的開關(guān)量信號。
該工藝要求需實現(xiàn)變頻器單獨分合閘，也可以成組分合閘。分合閘命令由控制字1 bit0實現(xiàn)。HMI截圖如下所示：
圖：EC550在分合閘中的HMI截圖如
結(jié)論：經(jīng)過長期反復(fù)的實驗，無論是單獨分合閘，還是對機組所有變頻器同時分合閘，EC550都表現(xiàn)出穩(wěn)定可靠優(yōu)異性能。
2.2點動
功能意義：
點動在生產(chǎn)維護過程中有重要意義，分為單機點動和成組點動，在設(shè)備維護檢修、手動穿帶及生產(chǎn)故障時處理緊急事件有重要的作用。
實驗過程：
點動功能分為單機點動和成組點動，可以正向點動，也可以反向點動，通過控制1向變頻器下發(fā)點動命令
EC550HMI截圖如下圖所示：
實驗效果：
經(jīng)過長期反復(fù)的實驗，單機點動及成組點動，正向點動，反向點動，均能通過HMI操作，并且EC550運行正常。
2.3卷徑計算
功能意義：
卷徑計算是帶材生產(chǎn)線中最重要的工藝功能之一，對傳動系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能及動態(tài)性能有較高的要求，本測試模擬EC550在開卷機及卷取機中的應(yīng)用。
工藝描述及對變頻器的要求
卷徑計算之前，由來料鋼卷數(shù)據(jù)確定初始卷徑及帶鋼厚度，卷徑計算開始后，卷筒每轉(zhuǎn)一圈，則卷徑在初始卷徑基礎(chǔ)上按照帶鋼平均厚度遞增（開卷機為遞減），這種方式計算出的卷徑定義為。不受轉(zhuǎn)向輥打滑及鋼卷偏心的影響，是后續(xù)精確計算卷徑的基礎(chǔ)。但是不能直接作為最終的實際卷徑，因為它與實際值有較大的偏差。
為了對進行修正，通常采用以下方法：通過帶鋼線速度及卷取機轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系進行計算，卷取機轉(zhuǎn)速可以通過電機編碼器得到，帶鋼線速度可以通過轉(zhuǎn)向輥的轉(zhuǎn)速進行折算，卷取機及轉(zhuǎn)向輥速度信號均通過高速計數(shù)模塊FM450采集得到。所得到的卷徑值稱為測量卷徑。測量卷徑值容易受到外界因素的干擾，比如轉(zhuǎn)向輥打滑或鋼卷偏心等。為了消除誤差，需要對測量卷徑進行一致性校驗，為此，計算出了每一個測量周期的測量卷徑偏差值及其方差。當(dāng)方差值在合理范圍內(nèi)時，認為卷徑測量值有效，可以用于對實際卷徑進行修正。當(dāng)卷徑修正有效時，使最終的實際卷徑逼近測量卷徑。
在卷徑計算過程中，開卷機卷徑逐漸變小，卷取機卷徑逐漸增大，如下圖所示：
在保持機組線速度不變的情況下，開卷機轉(zhuǎn)速逐漸升高，卷取機轉(zhuǎn)速逐漸下降，如下圖所示：
經(jīng)過長期模擬跑帶實驗，EC550運行穩(wěn)定，卷徑計算均穩(wěn)定可靠，電機轉(zhuǎn)矩輸出平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速隨著卷徑的增大和減小平穩(wěn)變化，
2.4慣量補償
功能意義：
慣量補償在開卷機、卷取機控制中，對于提高系統(tǒng)的動態(tài)性能，提升加減速過程中卷取質(zhì)量有重要的作用。
實驗過程：
使卷取機工作在速度閉環(huán)模式，將電機轉(zhuǎn)矩輸出限幅在某一值(Nm)，將速度斜坡設(shè)的盡量小，先使電機以低速（r/s）運轉(zhuǎn)（比如），然后使電機加速到（比如），在速度穩(wěn)定后，再減速到，則可得到加速時間、減速時間。
此時變頻器應(yīng)具備：
測試曲線如下圖所示：
結(jié)論：經(jīng)過多次加減速對慣量因子進行實測，EC550運行穩(wěn)定，曲線正常。
2.5摩擦補償
功能意義：
摩擦補償在開卷機、卷取機控制中，對于張力控制精度有重要的作用，本功能可以測試變頻器實現(xiàn)摩擦補償功能的運行情況。
由于摩擦補償轉(zhuǎn)矩，摩擦轉(zhuǎn)矩與電機實際轉(zhuǎn)速基本呈正比關(guān)系，因此，可以通過插值的方法得到全速度范圍的摩擦轉(zhuǎn)矩，在速度范圍為-90%——90%內(nèi)，均勻取點，得到對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值，將所得到的轉(zhuǎn)矩值寫入轉(zhuǎn)矩補償DB塊。
實驗效果：
采用EC550變頻器在不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩的實際輸出值，經(jīng)過多次實驗，變頻器運行穩(wěn)定，輸出轉(zhuǎn)矩實際值也比較穩(wěn)定，并跟隨轉(zhuǎn)速成比例變化。
2.6穿帶甩尾模式
功能意義：
有關(guān)設(shè)備段的傳動是以正常的速率加速（減速）直到達到穿帶入/出速度(如：30m/min)，將帶頭帶尾定位到指定位置，它可由停機，快停和事故停機等進行干預(yù)。
穿帶時，開卷機和卷取機卷筒漲縮徑，產(chǎn)生卷筒占位和空位信號。開卷機空位時，發(fā)出虛擬鋼卷數(shù)據(jù)請求，通過鋼卷數(shù)據(jù)界面將虛擬鋼卷下發(fā)到開卷機，并觸發(fā)鋼卷卷徑計算模塊。電機向前點動，虛擬帶鋼帶頭向前以30m/min移動，帶鋼在卷取機上卷6圈，完成穿帶過程。
甩尾分為兩種模式，即分卷甩尾和末卷甩尾。分卷甩尾時，分切剪剪斷帶鋼，帶尾定位啟動，將帶尾定位至卷取機九點鐘位置。末卷甩尾啟動時，切頭剪切斷帶尾，入口段和中間段速度去耦合，帶尾定位模式啟動，中間段和出口段速度段以30m/min前進，出口剪光柵透光時，出口段和中間段速度去耦合，將帶尾定位至卷取機九點鐘位置。
經(jīng)過多次實驗，變頻器和PLC程序運行穩(wěn)定。數(shù)據(jù)管理界面如下圖所示：
2.7帶頭帶尾定位
功能意義：
帶頭定位時，跟蹤帶頭位置確定輥子抬起壓下的合理步驟，以及帶鋼在卷取機上的卷曲長度，判斷自動建張條件。
帶尾定位時，采用剩余帶鋼長度和開卷機上鋼卷剩余圈數(shù)來達到機組停機的最佳時間。
穿帶啟動定位模式，穿帶時帶頭以30m/min速度前進，依次定位到1#夾送輥、卷取機，模擬處理線光柵遮光透光，速度段耦合或者解除耦合，完成帶頭帶尾定位。
帶尾定位模式自動啟動，當(dāng)開卷機上帶尾剩余60m時，機組速度降至90m/min，剩余30m時，機組速度降至60m/min，剩余20m時，機組速度降至30m/min，剩余0m時，機組速度降為零，下一步將執(zhí)行甩尾模式。
結(jié)論:經(jīng)過多次實驗，變頻器和PLC程序運行穩(wěn)定。
2.8機組加減速運行
功能意義：
機組爬行、加減速運行、保持模式是機組線協(xié)調(diào)控制（LCO）的主要控制功能，它使所有過程和帶鋼運動保持協(xié)調(diào)。
RUN（運行）：
相關(guān)設(shè)備段是按正常起動斜率加速到運行速度（如200m/min），這都是由計算機（工藝段）或其他定位控制（入、出口段）進行預(yù)設(shè)定。它可由停機，恒速，穿帶入/出，快停和事故停機等進行干預(yù)。
STOP（停機）：
所有設(shè)備段傳動按正常減速度減速。STOP操作方式可由運行，恒速，穿入/出，快停和事故停機等進行干預(yù)。
CONSTANT（恒速）
該操作方式可干預(yù)RUN和STOP方式。設(shè)備段的當(dāng)前達到的速度被保持，即：保持在當(dāng)前運行速度。機組速度可自動的在該方式中減速，如：開卷機上余下來的帶鋼長度達到了帶鋼尾端。
當(dāng)開卷機在開卷并上面還有鋼卷的時候，應(yīng)計算剩余鋼卷長度用于入口段開始自動減速。剩余帶鋼的長度是根據(jù)入口速度、加/減速度、廢料的長度等來計算的，自動開始減速時開卷機上所剩帶鋼的長度應(yīng)該與所需要保留的帶鋼長度相等。
操作界面如下圖所示：
結(jié)論：EC550變頻器在不同轉(zhuǎn)速下的實際輸出值，經(jīng)過多次實驗，變頻器運行穩(wěn)定，輸出轉(zhuǎn)速實際值也比較穩(wěn)定。
2.9急停模擬
功能意義：
事故緊急停車是一種安全操作，用于危險情況或作為設(shè)備故障下的安全措施。事故緊急停車(E-stop)按鈕安裝在機組每個區(qū)域。可按設(shè)備段單獨激活事故緊急停機按鈕。
如發(fā)生火災(zāi)，危及生命安全，或出現(xiàn)傳動故障，事故停機后，有關(guān)區(qū)域的電源電壓切斷。只有當(dāng)電氣人員重新接通電源并完成要求的確認程序后才可以重新起動。這是一種安全操作方式，它可切斷設(shè)備的電源。還可與主線進線饋電斷開。
實驗過程：
在HMI模擬急停按鈕，按下急停按鈕之后，機組以設(shè)定減速度停止，按鈕復(fù)位和HMI確認之后機組才能繼續(xù)運行。
實驗效果：
進過反復(fù)實驗之后，變頻器運行穩(wěn)定。
2.10采用EC550，開卷機速度、轉(zhuǎn)矩曲線圖
2.11轉(zhuǎn)向輥速度、轉(zhuǎn)矩曲線圖
2.12卷取機速度、轉(zhuǎn)矩曲線圖
