宣钢二高线集卷双芯棒控制方式浅析

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摘要：本文重点阐述宣钢二高线集卷收集系统区域核心重点设备双芯棒，对设备控制方式进行说明，并重点对比分析其采用压频比变频控制方式和矢量变频控制方式的特点和参数性能。

关键词：集卷 双芯棒 控制

中图分类号：F416文献标识码： A

1 前言

宣钢公司第二高速线材生产线的集卷区域设备由太原翊晔矿山机器设备有限公司设计制造，采用双芯棒旋转形式，由集卷小车将线卷挂在C型勾上。集卷系统主要由集卷筒、分离指、托盘、双芯棒、集卷小车等组成，托盘、双芯棒、集卷小车为交流异步电机驱动，其他设备均采用液压、气动驱动方式。其中，双芯棒为集卷区域的重点设备，在电控系统设计中，芯棒自动化控制系统采用SIEMENS公司的S7-400 PLC，控制程序编程软件为STEP 7 V5.4，电控部分为交流传动，采用西门子6SE70变频器整箱产品。

2设备参数介绍

双芯棒设备由30KW的交流异步电机驱动，电机带动减速机上的一个小齿轮，小齿轮再驱动球轴承的外齿轮来实现旋转。两个芯轴互相成90°角度，旋转方向为正转和逆转两方向，即垂直棒完成线卷的收集工作后，从垂直方向转到水平方向，然后集卷小车将线卷从水平棒上运走之后，再从水平方向转到垂直方向，继续收集线卷[1]。

双芯棒主体结构为钢结构件，技术参数如下：

・ 内芯轴提升液压缸规格： Ф63×495

・ 芯轴旋电机：30 kW1500rpm

・ 减速机速比：29：1

・ 绝对值编码器：AE100m,电压11－27V， 1024(max4096),

・ 线卷数据：外径1,250/1,200 mm，内径900/850 mm，2180kg

・ 最大集卷高度：约3,100 mm

3控制系统介绍

双芯棒的旋转采用自动化和传动相结合的控制方案，即自动化闭环、传动开环，传动接收从自动化传过来的给定速度，如图1所示[2]。

自动化PLC控制系统采用SIEMENS公司的S7-400系列，包括分布式远程站及通讯网络。完成控制任务即以S7-400为主站，以交流变频6SE70传动装置和ET200系列远程I/O为从站的集散控制系统。PLC与各自的远程I／O站之间和调速传动之间采用ProfiBus-DP通讯网络。

绝对值编码器安装在双芯棒的里侧，实时测量双芯棒的实际位置。

电机是选用带直流电磁抱闸的，电机在不旋转时抱闸抱住，旋转时抱闸打开。所有抱闸的控制是通过PLC，在给传动发脉冲解锁时，控制其打开，在撤掉脉冲解锁时关闭[3]。

受现场环境位置狭窄影响，所以电机后轴没有安装增量式编码器。没有编码器反馈，精度稍差一些。调试时重点调节了低速时电压提升、转矩提升的参数，使其达到最佳。还包括以下几个参数：P128,P278,P279,P463,P464等。传动控制系统如图2所示。

4两种传动控制方式对比介绍

在双芯棒的传动控制上，采用过压频比控制和矢量控制两种控制方式。实践证明，矢量控制优于压频比控制，并且故障率较低。现就两种控制方式进行对比分析。

恒压频比控制方式，在额定频率以下，如果电压一定而只降低频率，那么气隙磁通就要过大，造成磁路饱和，严重时烧毁电动机。因此为了保持气隙磁通不变，就要求在降低供电频率的同时降低输出电压，保持电压与频率之比为常数进行控制，这种控制方式又称恒磁通控制方式。在使用中，此种控制方式有三项缺点，一是很难根据负载转矩的变化恰当的调整电机转矩。特别是低速时，由于定子阻抗压降随负载转矩变化，当负载较重时可能补偿不足，当负载过轻时又可能造成过补偿，造成磁路饱和，这都可能引起变频器的过流跳闸。二是无法准确控制电机的实际转速。三是在启动转速很低时，转矩不足。

矢量控制方式，为通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式为矢量控制方式。

两种控制方式的实时速度电流值监控趋势如图3所示。

两种方式控制下，双芯棒运行参数对比如下表：

压频比控制 矢量控制

电流（A） 最大值（起动电流） 90 最大值 30

最小值 26 最小值 20

制动电流 18 制动电流 49

速度 给定 实际 给定 实际

顺转 最大值 8320 8320 顺转 最大值 8320 9280

最小值 500 500 最小值 500 580

逆转 最大值 -8300 -8300 逆转 最大值 -8000 -9100

最小值 -600 -600 最小值 -600 -693

由以上对比分析可以看出，变频器矢量控制方式的运行趋势和数据采集更加稳定，更加适用于双芯棒重型设备的控制，能取得更加可靠的控制效果。

5芯棒控制方式总结

综上所述，高线芯棒采用的两种控制方式中，采用恒压频比控制方式受低速运行时转矩不足缺点限制，常发生低速旋转中不到位的现象，受启动时力矩不足的缺点限制，也会出现在芯棒接受重卷带载旋转过程中，一旦中途停止运行即无法再次准确正常启动的故障现象，在对芯棒的变频传动控制中有一定的缺陷和局限性。而采用矢量控制，可以避免上述恒压频比控制中的弊端，使高、低速度的控制更加稳定可靠，实现了对关键设备的良好控制效果。

参考文献

[1]李慧；夏云龙.集卷双芯棒自动控制系统改造[A].2012第四届先进轧钢精整及钢材包装技术学术研讨会文集[C]，2012年

[2]周东.对高线集卷控制系统的改进[J].中国设备工程，2011年，07期

[3]朱玲；范湘钧；王忠清.宣钢高速线材厂集卷站控制系统[J].冶金自动化，2003年，05期