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)葟碗s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)備段的當前達到的速度被保持，即：保持在當前運行速度。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，按鈕復位和HMI確認之后機組才能繼續(xù)運行。
實驗效果：
進過反復實驗之后，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
