1 引言

    目前，在銅箔卷繞設備中用交流傳動代替直流傳動在這個行業中已成為發展趨勢。此外，在銅箔生產線卷繞的整個過程中，要求其張力是恒定的，而且對系統的穩定性和控制精度有很高的要求，因此我們有必要對其電控系統進行研究，來提高生產線的整體性能。

2 系統構成

    本文所涉及的銅箔生產線長度約24米，銅箔在生產線上電鍍時有微微的增厚，在各種導輥上穿插后長度在40米左右，銅箔的最大寬幅1360mm，設計機列速度為36米/分鐘。成品卷的質量標準為：具有適當的硬度，且內緊外松，徑向硬度分布均勻。為了達到上述的指標，采用了全數字的交流伺服系統作為主傳動裝置的電控系統。
系統主要有以下幾個部分組成：

    (1)．開卷和收卷驅動輥，一個速度輥，6個輔助輥，分別由單獨的交流伺服電機拖動，并由6SL3120全數字雙軸驅動器供電。

    (2)．西門子SIMOTION  D435作為中心控制器。

    (3)．張力檢測裝置。

    (4)．TP270觸摸屏作為輸入操作和狀態顯示。

3 系統控制方案

    系統配置了西門子SIMOTION D435和TP270觸摸屏，可以組成控制精度和自動化程度較高的系統。考慮到系統動態響應性，穩定性，精度性的要求，系統采用以下控制方案：

    （1）系統的車速由單獨的速度輥傳動系統來提供，這個輥通過交流伺服電機拖動，運行在速度模式下，它的線速度作為機列的速度基準，為了保證啟動和停止的運行平穩，采用S加減速曲線升降速。

    （2）開卷輥傳動系統運行在張力閉環控制模式，通過張力傳感器的反饋值組成張力閉環，通過張力設定以及張力反饋來保證開卷軸附近銅箔上的張力保持恒定。

    （3）收卷輥傳動系統也是運行在張力閉環控制模式下，控制方式與開卷輥類似，不同之處只是添加了張力的錐度補償，以此來保證卷繞的質量。

    （4）其余的6個輔助輥傳動也是運行在張力閉環控制模式下，它們提供系統運行過程中由于摩擦等的能量損失，從而保證中間部分銅箔上的張力保持恒定。

    （5）控制系統由SIMOTION D435、TP270觸摸屏組成，SIMOTION、觸摸屏和交流伺服驅動器之間通過PROFIBUS通訊來傳遞信息，從而使電氣傳動系統連接簡便，輔助設備操作靈活，方便。

    （6）系統由穿卷到運行過程中，各個輥之間銅箔會有一個由松到緊的過程，如果這個過程變化過急，猛地把銅箔由松弛狀態到繃緊狀態，很容易把銅箔拉斷，從而產生斷箔。所以張力應該使按照S曲線變化量遞增，而不應該是階躍的變換量。

    （7）動態補償的實施由SIMOTION D435通過軟件來完成，收卷輥傳動的慣量補償，以及錐度補償等通過實測的數據來實現。

4 SIMOTION D435的硬件配置和軟件設計

    4．1硬件配置

    控制器采用西門子的SIMOTION D435，該控制器是基于SINAMICS S120驅動平臺的驅動系統，是一個極其緊湊同時具有強大控制功能驅動控制系統，它帶有兩個具有時鐘同步的PROFIBUS接口以及兩個以太網口，可以通過DRIVE-CLiQ接口與SINAMICS S120的其它模塊進行數據交換通過擴展，一個SIMOTION D435最多能控制64個軸，單獨的一個SIMOTION D435僅可以控制6個軸，由于本系統控制的軸數為9，故選取了CX32軸擴展模塊。

    整個系統由五部分組成，SIMOTION D435，CX32多軸擴展模塊， SINAMICS S120的雙軸驅動模塊，ET200，TP270觸摸屏。它們之間通過PROFIBUS接口協議通訊。SIMOTION主要完成邏輯控制，算法的運算，接受觸摸屏和ET200的信號，同時將計算得到的運動指令送到SINAMICS S120驅動控制器中。

    4．2主要控制功能

    （1）現場控制信號的采集，遠程I/O和操作屏通過通訊把現場操作信號送入SIMOTION。
 
    （2）速度的控制及計算，根據工藝要求設定不同的機列速度，通過計算，傳送給速度輥傳動裝置。
 
    （3）慣量補償的自動計算，根據銅箔的厚度不同，通過慣量補償計算出需要補償的慣量。
 
    （4）SIMOTION與操作屏通過PROFIBUS實施高速通訊傳輸，將各個傳動點的工作狀態實時顯示出來，同時接受觸摸屏上的操作指令，控制各個傳動點執行相應的動作。
 
    （5）張力控制，通過銅箔上張力的設定和傳感器的反饋來實現恒張力控制。
 
    （6）斷箔報警控制、與工藝有關的電氣一體化連鎖控制。

    4．3程序流程
    
    主程序流程圖如圖1所示，首先初始化程序先對參數、卷徑計算模塊、張力控制模塊、錐度補償模塊、機列速度等進行初始化。

    邏輯控制程序流程圖如圖2所示，根據工藝要求執行操作臺上的按鈕，來實現自動控制的目的。
 

    在運行過程中，卷徑實時計算通過速度輥上的線速度作為機列的線速度，然后根據收放卷輥的實際角速度計算得來的；收卷錐度動態補償的實施也由SIMOTION來完成，根據設定的速度和實際在運行過程中對應不同卷徑下需要的不同張力值計算出來，以曲線的形式存入SIMOTION中，運行時候根據計算得到的卷徑值來給出需要的張力值，達到錐度補償的目的；同時根據張力的反饋值，實時的對系統進行張力補償；利用速度輥驅動電機的編碼器來計算成品銅箔的生產量長度，達到定長停車的目的。

5.結束語
    
    該系統采用西門子SIMOTION D435作為中心控制器，使開發周期大大縮短，模塊化的設計和各種通用、專用模塊使系統配置變得簡單，其符合IEC 61131-3工業編程語言的國際標準使得系統編程更為方便，其硬件結構的工作可靠性及良好的抗干擾性能，保證了系統的可靠工作。經過調試、試運行，該系統運行情況良好，收卷質量達到要求。

參考文獻
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[2] 顧繩谷.電機及拖動基礎[M].北京：機械工業出版社，1988-06.
[3] Application Winder with SIOMOTION.
[4] SIMOTION D435使用手冊

作者簡介：
萬筱劍：1978年10月，男，碩士研究生
研究方向：電力電子與電力傳動
手機：13824307626