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[摘 要]分析T400工艺板和SPW420软件包的组成功能，结合具体实例来讨论他们的用法。
[关键词]T400 SPW420 张力控制
中图分类号：X913.3 文献标识码：X 文章编号：1009―914X（2013）34―0547―01
1 概述
卷取机是在带材加工设备中不可缺少的关键设备，卷取机的收、放卷是带材加工生产过程中不可缺少的工艺过程。本文所介绍的T400工艺板和SPW420软件包就是典型的张力控制系统。
2 T400工艺板
T400工艺板是一个独立的32位单板计算机，它通过双向的Ram接口和传动装置中的控制板进行通讯。T400板还具有5个模拟量输入口，2个模拟量输出口，2个开关量输出口，8个开关量输入口，4个双向开关量输入或输出口，2个增量编码器输入口，2个绝对值编码器输入口，1个标准的RS485和1个标准的RS232串行通讯接口，1个USS串行通讯接口；T400工艺板具有大量的自由功能块，其中包括逻辑功能、数学运算、脉冲沿捕捉、延时、计数器、斜坡函数、限幅器及标准通信功能块等，可供编程使用。
在使用T400工艺板完成卷取机的收卷和放卷的张力自动控制时，需要装入标准的应用软件包SPW420，用户无需自己编程，只需要通过Driver moniter调试软件即可。
3 SPW420标准软件包
SPW420软件包是用于轴向卷绕机的标准软件包，适用于各种卷取机在收卷和放卷过程中对带材进行张力自动控制。
该软件包的主要控制方式有以下几种：间接张力自动控制：主要特点是无检测张力传感器，控制系统简单可靠，控制精度低；直接张力自动控制：它是通过张力传感器测得的材料张力与给定张力相比较，求得张力误差，再通过张力调节器运算，调节电动机的力矩，使张力误差减小。这是一个典型的闭环控制系统，其特点是张力控制精度高。
SPW420标准软件包由上百个独立的功能模块组成。SPW420将工业控制中常用的控制功能都编辑成如见功能块，并在使用说明中将每个功能块用方框图的形式分别表示出来，用户通过设置参数就可以实现这些软件功能块的连接。
4 SPW420标准软件包在张力控制系统中的应用
结合1250mm可逆六辊冷轧机组卷取机张力控制系统来表述张力控制系统。
由公式（1）可以看出张力是由卷取机电机的转矩通过减速箱产生的。为了保持卷取机张力的稳定卷取机电机的转矩包括三部分：产生张力所需要的转矩M1、克服卷取机摩擦力的转矩M2和为了保持加减速时张力稳定克服卷取机和钢卷的转动惯量的转矩M3。
上图（1）中简单的描述了T400中张力控制系统的大体框架，从中可以看出此张力控制系统为直接张力控制系统，其特点是张力控制精度高。使用SPW420软件包中的功能模块可以轻松的搭建出图中的张力控制系统。
下面简要描述具体的功能模块使用方法和注意事项。
卷径计算模块：卷径计算的精确度对于张力的稳定至关重要。卷径计算中的线速度由导向辊测得或激光测速仪测得；卷径计算中的角速度来至卷取机电机的反馈角速度和减速箱减速比计算。操作员通过上位机操作来设定初始卷径。根据实际情况计算H216和H238的值，其他按照默认连接。如果发现卷径波动较大，适当调整H238的值。
速度给定模块和速度闭环控制模块：轧线实际线速度作为卷取机的线速度给定，把额定速度的15%作为附加线速度给定，求和后转换成电机的转速给定送给电机速度调节器，通过和电机编码器实际反馈的转速比较后使得速度调节器输出饱和。
张力设定模块：通过PLC下达张力设定值，经过一个斜坡函数发生器使张力给定值按照设定的斜率变化，避免由于张力给定值的突变影响张力的稳定。如果用户张力给定值太小容易造成钢卷塌卷现象，在张力给定的通道上加入卷心加张功能，当张力给定值很小、卷径接近初始卷径时适当加大张力给定，人为加大卷心张力避免塌卷现象发生。
张力控制器模块：该模块包含间接张力控制和直接张力控制系统。间接张力控制系统不需要张力检测，为开环控制系统。通过设定张力值乘上钢卷实际半径除以卷取机减速机减速比得出产生设定张力所需要的张力力矩并加上卷取机的摩擦转矩补偿和动态加速力矩补偿从而得出实际所需要的电机转矩。直接张力控制是在间接张力控制的基础上通过张力闭环PI控制器增加张力给定调增量。为了避免闭环张力控制系统震荡导致实际张力波动，我们把张力闭环PI控制器输出的张力给定调增量进行限幅控制，限幅值7%-10%。
张力转矩限幅模块：根据张力转矩给定，通过张力转矩模块确定张力转矩限幅的正限幅和负限幅值，并把张力转矩限幅值加到速度调节器的输出限幅上。
转矩预控模块：包括卷取机摩擦转矩补偿和卷取机动态加速转矩补偿。这两个转矩补偿关系到匀速和加减速时张力的控制精度。摩擦转矩补偿是克服卷取机转动过程中的摩擦力的转矩补偿，卷取机转动的速度不同，摩擦转矩补偿值也不相同，转动的速度越高所需要的转矩就越大，在调试过程中需要测出不同的速度下对应的电机的转矩值。卷取机动态加速转矩补偿是为了解决卷取机加、减速时张力变大或变小的现象。卷取机动态加速转矩补偿和轧线的加速度和卷取机的转动惯量有关，实际调试过程中是确认使用轧线的加速度后只剩下确认H227、H228值了，H227、H228也需要在调试过程中测出。
断带检测模块：通过比较卷取机电机的实际转矩和张力给定转矩，当卷取机电机的实际转矩小于张力给定转矩的75%后系统报出断带信号。
长度计算模块：通过导向辊上安装的增量编码器或激光测速信号可以计算出卷取机卷筒上的带长长度。
3T400通訊
T400工艺板安装在传动装置的电子箱中，PLC对传动装置的控制仅能对PROFIBUS CBP板进行，6RA70直流传动装置与通信板CBP板的数据交换必须经过T400工艺板进行。T400工艺板与6RA70传动装置（BasicDrive）之间的数据通信通过基板总线LBA（Local Bus Adapter）用并行DUAL-PORT RAM 接口进行。
5 结束语
T400工艺板和SPW420软件包为工业自动化控制提供了一个方便、使用的技术平台。尤其是近年来其在多套六辊可逆冷轧机开卷机和卷取机带材张力控制系统中的实际应用，收到了良好的控制效果。
[关键词]T400 SPW420 张力控制
中图分类号：X913.3 文献标识码：X 文章编号：1009―914X（2013）34―0547―01
1 概述
卷取机是在带材加工设备中不可缺少的关键设备，卷取机的收、放卷是带材加工生产过程中不可缺少的工艺过程。本文所介绍的T400工艺板和SPW420软件包就是典型的张力控制系统。
2 T400工艺板
T400工艺板是一个独立的32位单板计算机，它通过双向的Ram接口和传动装置中的控制板进行通讯。T400板还具有5个模拟量输入口，2个模拟量输出口，2个开关量输出口，8个开关量输入口，4个双向开关量输入或输出口，2个增量编码器输入口，2个绝对值编码器输入口，1个标准的RS485和1个标准的RS232串行通讯接口，1个USS串行通讯接口；T400工艺板具有大量的自由功能块，其中包括逻辑功能、数学运算、脉冲沿捕捉、延时、计数器、斜坡函数、限幅器及标准通信功能块等，可供编程使用。
在使用T400工艺板完成卷取机的收卷和放卷的张力自动控制时，需要装入标准的应用软件包SPW420，用户无需自己编程，只需要通过Driver moniter调试软件即可。
3 SPW420标准软件包
SPW420软件包是用于轴向卷绕机的标准软件包，适用于各种卷取机在收卷和放卷过程中对带材进行张力自动控制。
该软件包的主要控制方式有以下几种：间接张力自动控制：主要特点是无检测张力传感器，控制系统简单可靠，控制精度低；直接张力自动控制：它是通过张力传感器测得的材料张力与给定张力相比较，求得张力误差，再通过张力调节器运算，调节电动机的力矩，使张力误差减小。这是一个典型的闭环控制系统，其特点是张力控制精度高。
SPW420标准软件包由上百个独立的功能模块组成。SPW420将工业控制中常用的控制功能都编辑成如见功能块，并在使用说明中将每个功能块用方框图的形式分别表示出来，用户通过设置参数就可以实现这些软件功能块的连接。
4 SPW420标准软件包在张力控制系统中的应用
结合1250mm可逆六辊冷轧机组卷取机张力控制系统来表述张力控制系统。
由公式（1）可以看出张力是由卷取机电机的转矩通过减速箱产生的。为了保持卷取机张力的稳定卷取机电机的转矩包括三部分：产生张力所需要的转矩M1、克服卷取机摩擦力的转矩M2和为了保持加减速时张力稳定克服卷取机和钢卷的转动惯量的转矩M3。
上图（1）中简单的描述了T400中张力控制系统的大体框架，从中可以看出此张力控制系统为直接张力控制系统，其特点是张力控制精度高。使用SPW420软件包中的功能模块可以轻松的搭建出图中的张力控制系统。
下面简要描述具体的功能模块使用方法和注意事项。
卷径计算模块：卷径计算的精确度对于张力的稳定至关重要。卷径计算中的线速度由导向辊测得或激光测速仪测得；卷径计算中的角速度来至卷取机电机的反馈角速度和减速箱减速比计算。操作员通过上位机操作来设定初始卷径。根据实际情况计算H216和H238的值，其他按照默认连接。如果发现卷径波动较大，适当调整H238的值。
速度给定模块和速度闭环控制模块：轧线实际线速度作为卷取机的线速度给定，把额定速度的15%作为附加线速度给定，求和后转换成电机的转速给定送给电机速度调节器，通过和电机编码器实际反馈的转速比较后使得速度调节器输出饱和。
张力设定模块：通过PLC下达张力设定值，经过一个斜坡函数发生器使张力给定值按照设定的斜率变化，避免由于张力给定值的突变影响张力的稳定。如果用户张力给定值太小容易造成钢卷塌卷现象，在张力给定的通道上加入卷心加张功能，当张力给定值很小、卷径接近初始卷径时适当加大张力给定，人为加大卷心张力避免塌卷现象发生。
张力控制器模块：该模块包含间接张力控制和直接张力控制系统。间接张力控制系统不需要张力检测，为开环控制系统。通过设定张力值乘上钢卷实际半径除以卷取机减速机减速比得出产生设定张力所需要的张力力矩并加上卷取机的摩擦转矩补偿和动态加速力矩补偿从而得出实际所需要的电机转矩。直接张力控制是在间接张力控制的基础上通过张力闭环PI控制器增加张力给定调增量。为了避免闭环张力控制系统震荡导致实际张力波动，我们把张力闭环PI控制器输出的张力给定调增量进行限幅控制，限幅值7%-10%。
张力转矩限幅模块：根据张力转矩给定，通过张力转矩模块确定张力转矩限幅的正限幅和负限幅值，并把张力转矩限幅值加到速度调节器的输出限幅上。
转矩预控模块：包括卷取机摩擦转矩补偿和卷取机动态加速转矩补偿。这两个转矩补偿关系到匀速和加减速时张力的控制精度。摩擦转矩补偿是克服卷取机转动过程中的摩擦力的转矩补偿，卷取机转动的速度不同，摩擦转矩补偿值也不相同，转动的速度越高所需要的转矩就越大，在调试过程中需要测出不同的速度下对应的电机的转矩值。卷取机动态加速转矩补偿是为了解决卷取机加、减速时张力变大或变小的现象。卷取机动态加速转矩补偿和轧线的加速度和卷取机的转动惯量有关，实际调试过程中是确认使用轧线的加速度后只剩下确认H227、H228值了，H227、H228也需要在调试过程中测出。
断带检测模块：通过比较卷取机电机的实际转矩和张力给定转矩，当卷取机电机的实际转矩小于张力给定转矩的75%后系统报出断带信号。
长度计算模块：通过导向辊上安装的增量编码器或激光测速信号可以计算出卷取机卷筒上的带长长度。
3T400通訊
T400工艺板安装在传动装置的电子箱中，PLC对传动装置的控制仅能对PROFIBUS CBP板进行，6RA70直流传动装置与通信板CBP板的数据交换必须经过T400工艺板进行。T400工艺板与6RA70传动装置（BasicDrive）之间的数据通信通过基板总线LBA（Local Bus Adapter）用并行DUAL-PORT RAM 接口进行。
5 结束语
T400工艺板和SPW420软件包为工业自动化控制提供了一个方便、使用的技术平台。尤其是近年来其在多套六辊可逆冷轧机开卷机和卷取机带材张力控制系统中的实际应用，收到了良好的控制效果。