基于Rxi—042和P80i的張力輥組動態負荷平衡的控制方法研究

郭迪

摘 要：本文通過天津新宇彩板廠三期工程建設中的1、2、3、4號鍍鋅線和1、2號彩涂線共6條生產線的安裝調試期間，以通用電氣（GE）自有品牌軟硬件為基礎結合其設備特點優化控制性能， 在國外先進技術的基礎上學習和研究生產線上張力輥組內各張力輥動態負荷平衡的控制技術，并對該項目所采用的負荷平衡計算進行詳細介紹。

關鍵詞：張力輥動態負荷平衡 P80i Rxi-042

中圖分類號：TG155. 4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（b）-0069-02

由于國內外市場形勢影響，冶金行業的各類鋼卷涂鍍工藝處理線的工藝要求越來越高。高端家電板，汽車板等高質量產品不再僅僅只是國企的追求。市場倒逼企業在產品質量上求新求變，以增強其市場競爭力。然而生產時由于帶鋼打滑從而造成帶鋼表面缺陷一直是很多企業的涂鍍線無法避免的問題。

采用張力輥組動態負荷分配系統，從而減少了由于張力輥表面粗糙度下降引起的帶材損傷，提高帶鋼表面質量，并延長了張力輥的使用時間。本文基于通用電氣（GE）自有品牌PLC“Rxi-042”以及配套軟件P80i為基礎結合其設備特點優化控制性能，在國外先進技術的基礎上學習和研究生產線上張力輥組內各張力輥動態負荷平衡的控制技術。

1 GE軟硬件介紹

1.1 Rxi-042

Rxi-042是由GE Power Conversion開發的數字型控制器，使用標準化電力電子控制器PECe，其設計用于極限時間響應的應用，其實時響應時間能夠比1ms更短。它特別適用于同步控制多個驅動控制器。其中VxWorks是Rxi-042控制器中基礎實時操作系統，它結合了高性能處理能力，具有更新更強大的處理器和多個目標同時處理的能力。

Rxi-042將所有的自動化控制器的組件集成為一個單元，允許通過多種總線，如Profibus、CAN、以太網和Modbus-TCP/ IP連接現場設備。其附加功能有：

（1）相同處理器中多應用全局數據控制；（2）所有應用程序任務在線下裝；（3）看門狗監控和硬件激活；（4）中斷和中斷任務同步；（5）觸發式歷史記錄；（6）TCP/ IP編程通訊；（7）可使用P80i工具套件編程，具有多用戶網絡訪問功能。

1.2 P80i

軟件工作平臺P80i是用于開發，調試和維護高性能處理器Rxi-042的工具，提供了面向用戶的功能模塊化編程語言FBD（功能模塊圖）來進行編程。功能塊圖編程庫，包括處理邏輯和數值模塊，處理非線性和復雜算法的模塊。并能根據應用的類型，可以選擇幾種功能模塊庫。P80i的功能塊圖編輯器支持以下功能：

（1）以結構化和分層結構的形式，建立流程圖和功能概要圖；（2）通過頁面的導入和通用功能塊的參數賦值 來實現標準功能的復用；（3）生成程序變量的數據庫；（4）在線說明文檔：圖表、變量數據庫、交叉參考、自帶說明的塊圖、各功能的數據列表；（5）“Task替換”功能支持在線修改程序。

2 涂鍍線上張力輥負荷平衡的控制

張力的產生是因為張力輥與張力輥之間電機的不同步運行，使帶鋼產生縱向拉力，形成張力。張力輥是用來形成張力和分割張力的重要設備，一般有兩輥、三輥或者四輥為一組。

Ci為1號張力輥轉矩反饋值；Red為齒輪比（Roll gear ration ）R為張力輥半徑（ Roll diameter）；Bc為張力輥的彎度應力補償值（Bending correction）。

則1號張力輥所受張力值為：T1= ∑Ci·Red/R-Bc

由于涂鍍線是連續生產，鋼帶的產品規格經常發生變化，作用在張力輥上的張力設定值也需要隨之變化。如果某一張力段的張力設定值跟不上該段帶鋼張力的實際需求或是張力輥在長期的非正常負荷工作中累積到一定的機械磨損時就容易發生鋼帶打滑。采用動態負荷分配系統，可以根據帶鋼與張力輥接觸運行的實時狀態和張力輥的當前工作負荷，合理分配張力輥組中每個張力輥的工作力矩。從而防止個別張力輥因負荷太大導致電機堵轉導致機組停機；還減少了由于張力輥表面粗糙度下降引起的帶材損傷，提高了帶鋼表面質量，并延長了張力輥的使用時間。

張力輥每個輥子之間都存在著負荷平衡。負荷的多少主要依賴于入口和出口張力輥的包角（張力輥壓輥的開閉也會產生影響）。我們采用的負荷平衡計算公式為：

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）。

每個張力輥負荷平衡參數為了保證張力的穩定，張力輥的負荷平衡是根據計算值動態變化的公式如下：

其中a為張力輥負荷平衡參數；n為張力輥順序號；f為摩擦系數值∑R總包角值。

根據負荷平衡計算公式，我們在軟件中搭建相應的程序架構，如圖1所示。

4 結語

國內涂鍍線機組張力控制主要集中在大學、研究單位和一些主要有一定實力的電氣承包商，目前已形成以西門子相關硬件設備為主的控制技術。本文意在通過使用相對小眾的軟硬件設備，提供一個不同的方式來實現同樣的功能，希望能夠為廣大同業工作者帶來更多的啟發。

參考文獻

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