郭迪
摘 要：本文通过天津新宇彩板厂三期工程建设中的1、2、3、4号镀锌线和1、2号彩涂线共6条生产线的安装调试期间，以通用电气（GE）自有品牌软硬件为基础结合其设备特点优化控制性能， 在国外先进技术的基础上学习和研究生产线上张力辊组内各张力辊动态负荷平衡的控制技术，并对该项目所采用的负荷平衡计算进行详细介绍。
关键词：张力辊动态负荷平衡 P80i Rxi-042
中图分类号：TG155. 4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（b）-0069-02
由于国内外市场形势影响，冶金行业的各类钢卷涂镀工艺处理线的工艺要求越来越高。高端家电板，汽车板等高质量产品不再仅仅只是国企的追求。市场倒逼企业在产品质量上求新求变，以增強其市场竞争力。然而生产时由于带钢打滑从而造成带钢表面缺陷一直是很多企业的涂镀线无法避免的问题。
采用张力辊组动态负荷分配系统，从而减少了由于张力辊表面粗糙度下降引起的带材损伤，提高带钢表面质量，并延长了张力辊的使用时间。本文基于通用电气（GE）自有品牌PLC“Rxi-042”以及配套软件P80i为基础结合其设备特点优化控制性能，在国外先进技术的基础上学习和研究生产线上张力辊组内各张力辊动态负荷平衡的控制技术。
1 GE软硬件介绍
1.1 Rxi-042
Rxi-042是由GE Power Conversion开发的数字型控制器，使用标准化电力电子控制器PECe，其设计用于极限时间响应的应用，其实时响应时间能够比1ms更短。它特别适用于同步控制多个驱动控制器。其中VxWorks是Rxi-042控制器中基础实时操作系统，它结合了高性能处理能力，具有更新更强大的处理器和多个目标同时处理的能力。
Rxi-042将所有的自动化控制器的组件集成为一个单元，允许通过多种总线，如Profibus、CAN、以太网和Modbus-TCP/ IP连接现场设备。其附加功能有：
（1）相同处理器中多应用全局数据控制；（2）所有应用程序任务在线下装；（3）看门狗监控和硬件激活；（4）中断和中断任务同步；（5）触发式历史记录；（6）TCP/ IP编程通讯；（7）可使用P80i工具套件编程，具有多用户网络访问功能。
1.2 P80i
软件工作平台P80i是用于开发，调试和维护高性能处理器Rxi-042的工具，提供了面向用户的功能模块化编程语言FBD（功能模块图）来进行编程。功能块图编程库，包括处理逻辑和数值模块，处理非线性和复杂算法的模块。并能根据应用的类型，可以选择几种功能模块库。P80i的功能块图编辑器支持以下功能：
（1）以结构化和分层结构的形式，建立流程图和功能概要图；（2）通过页面的导入和通用功能块的参数赋值 来实现标准功能的复用；（3）生成程序变量的数据库；（4）在线说明文档：图表、变量数据库、交叉参考、自带说明的块图、各功能的数据列表；（5）“Task替换”功能支持在线修改程序。
2 涂镀线上张力辊负荷平衡的控制
张力的产生是因为张力辊与张力辊之间电机的不同步运行，使带钢产生纵向拉力，形成张力。张力辊是用来形成张力和分割张力的重要设备，一般有两辊、三辊或者四辊为一组。
Ci为1号张力辊转矩反馈值；Red为齿轮比（Roll gear ration ）R为张力辊半径（ Roll diameter）；Bc为张力辊的弯度应力补偿值（Bending correction）。
则1号张力辊所受张力值为：T1= ∑Ci·Red/R-Bc
由于涂镀线是连续生产，钢带的产品规格经常发生变化，作用在张力辊上的张力设定值也需要随之变化。如果某一张力段的张力设定值跟不上该段带钢张力的实际需求或是张力辊在长期的非正常负荷工作中累积到一定的机械磨损时就容易发生钢带打滑。采用动态负荷分配系统，可以根据带钢与张力辊接触运行的实时状态和张力辊的当前工作负荷，合理分配张力辊组中每个张力辊的工作力矩。从而防止个别张力辊因负荷太大导致电机堵转导致机组停机；还减少了由于张力辊表面粗糙度下降引起的带材损伤，提高了带钢表面质量，并延长了张力辊的使用时间。
张力辊每个辊子之间都存在着负荷平衡。负荷的多少主要依赖于入口和出口张力辊的包角（张力辊压辊的开闭也会产生影响）。我们采用的负荷平衡计算公式为：
其中：
Pri为张力辊第i辊功率（kw）；
R（i）为张力辊包角（rad）；
PBS为所有张力辊功率（Kw）；
∑R为所有张力辊包角（rad）；
TE为上游张力值（DaN）；
α= 1 if TS > TE；
TS为下游张力值（DaN）；
α= -1 if TS < TE；
Max.T为Max（TE，TS）（DaN）；
Min.T为Min（TE，TS）（DaN）。
每个张力辊负荷平衡参数为了保证张力的稳定，张力辊的负荷平衡是根据计算值动态变化的公式如下：
其中a为张力辊负荷平衡参数；n为张力辊顺序号；f为摩擦系数值∑R总包角值。
根据负荷平衡计算公式，我们在软件中搭建相应的程序架构，如图1所示。
4 结语
国内涂镀线机组张力控制主要集中在大学、研究单位和一些主要有一定实力的电气承包商，目前已形成以西门子相关硬件设备为主的控制技术。本文意在通过使用相对小众的软硬件设备，提供一个不同的方式来实现同样的功能，希望能够为广大同业工作者带来更多的启发。
参考文献
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