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關鍵詞：變頻器；帶鋼；傳動控制
柯勇（1957—）
男 ， 副教授，1982年畢業于馬鞍山鋼鐵學院自動化系，現就職于蕪湖職業技術學院電氣系任教師，副教授。
從國內外彩涂鋼板的生產現狀來看，雖然國內彩涂鋼板的產能不低，但是產品的類型和質量仍然存在較大的差距，因此國內的彩涂鋼板產品多數用于建材、家電等低端市場行業，對于汽車等高端市場行業，目前多數還是依賴國外進口的彩涂鋼板。因此，提高國內彩涂鋼板的類型和質量，擴大應用領域，是當前急需解決的問題。
馬鞍山鋼鐵公司彩涂板廠是馬鋼“十五”結構調整的重點項目，鋼卷涂層生產線項目于2003年7月開工建設，引進意大利FATA-HUNT-ER公司的工藝技術和主體設備。自動化程度高 、工藝速度快、環境要求高。兩條生產線總產能為30萬噸/年。其中彩涂板廠２號生產線，每分鐘可生產熱帖膜６０米，比國內同類生產線速度高出近３倍，每卷重達３噸。使馬鋼成為全國冶金系統惟一一家生產熱貼膜板卷的廠家。2004年9月已順利試產出第一卷合格產品。
1 彩色涂層工藝流程
彩涂板的生產工藝流程如圖1所示。
圖1 彩涂板的生產工藝流程
即：彩色涂層鋼板的典型工藝流程包括以下四部分：入口段、預處理段、涂裝段、出口段。
入口段：包括開卷、剪齊、縫接及貯料活套等設備，其作用是將原料卷松開并將它們連接起來，以便連續地、勻速地為機組供應金屬薄板。
預處理段：是用于清洗金屬底板并進行表面處理,以提高防腐蝕性和對上層漆膜的附著力。
涂裝段：是整個機組的核心部分,通常采用正、反兩面同時涂裝的二涂二烘工藝，即：涂底漆(初涂)→烘烤固化→冷卻→涂面漆 (精涂)→烘烤固化→冷卻。隨產品要求不同,還可以只一涂一烘或只涂單面，涂漆時可采用逆向或順向輥涂施工，固化爐中各段溫度的控制取決于所用涂料品種、底板厚度及通過烘爐的時間。
出口段：用于將彩涂鋼板卷成成品卷或按規格要求把成品剪切成單張。常見的二涂二烘彩涂生產線的工藝流程為：開卷→縫合→入口活套→清洗→預處理→初(精)涂裝→初(精)固化→冷卻→出口活套→剪切→卷取。
2 固化爐的控制
固化爐是生產線上不可缺少的重要設備 ,對涂裝液體涂料的板帶進行強制烘干。固化爐的控制效果直接影響到產品的性能。固化爐的控制包含爐溫控制和帶鋼傳動控制兩個部分。
2.1 爐溫控制
固化爐爐溫控制影響漆層的烘烤固化效果，由于整個彩涂生產線存在速度匹配的限制，帶鋼通過固化爐時的速度變化不應很大，因此爐溫過高會導致漆層過于干燥容易脫落，爐溫過低則可導致漆層固化不完全。采用PLC對熱風式加熱固化、帶鋼溫度的測量及涂層烘烤后的冷卻等進行控制的溫度控制系統。
2.2 固化爐帶鋼傳動控制
帶鋼傳動控制除了要滿足生產線的速度匹配限制之外，還需要實現張力控制功能。張力控制主要是防止帶鋼在經過固化爐的時候由于張力過大而在熱效應下產生拉伸變形，從而影響成品的質量。解決方案是：
通常，張力控制可以通過速差調節來實現，即通過調節固化爐的入口速度和出口速度之間的差值來控制帶鋼懸空時所受的張力。由于鋼帶自身具有重力效應，并且在固化爐入口驅動輥和出口驅動輥之間由于沒有支撐，因而若要使鋼帶在運動過程中不會受到過多的拉伸力以致變形，必須使其產生一定程度的懸垂，并且在整個設備運行過程中必須保證懸垂度處于適當的波動范圍中。速差調節的實質是一種張力的PID控制方式，它需要依靠額外的張力傳感器反饋作為速度調節的依據。雖然這種控制方式相對簡單，然而在系統啟動/停止或者加速/減速過程中無法達到穩定的張力控制的效果，從而會影響到產品的質量。
為了達到更精確的轉矩控制，保證產品質量的穩定性，需要采用更為先進的控制方式。ABB公司研究出了一種以定子磁通和轉矩為主要控制變量的新型控制技術——DTC控制技術，這種技術可以在無需編碼器和測速機反饋的情況下提供精確的速度和轉矩控制能力。隨后ABB公司推出了基于這一技術的新一代高性能、低成本的低壓交流調速產品ACS800，這種變頻器融合了DTC控制技術與模糊控制技術，其控制性能大大優于傳統的矢量控制技術。
與傳統的矢量控制變頻器相比，ACS800能夠使電機在零速時獲得額定轉矩，而矢量控制變頻器則只能在接近零速時實現滿力矩輸出。并且，由DTC所提供的精確的轉矩控制功能使得ACS800能夠提供高達200%的可控且平穩的最大起動轉矩。同時ACS800的自動起動功能還能夠實現電機的快速啟動，其起動時間僅需0.5s左右，遠小于傳統矢量控制變頻器的飛升起動和積分起動時間（約2.2s）。與此同時，ACS800在速度和轉矩的精度控制性能方面也要優于傳統的矢量控制變頻器。傳統的矢量控制變頻器在開環應用時的動態轉速誤差約為0.8%，閉環應用時約為0.3%，而ACS800變頻器在開環應用時可使動態轉速誤差減少到0.3%，閉環應用時更是達到0.1%。由于ACS800的動態轉矩階躍響應時間在開環應用時僅需要1~5ms，而矢量控制變頻器在閉環時需要10~20ms，開環時為100~200ms，因此，ACS800能夠實現更為精確的轉矩控制。
3 系統構成
在上述的固化爐傳動機構中，可以使用ACS800來驅動固化爐的入口驅動輥和出口驅動輥。圖2表示固化爐控制系統的控制框圖。
圖2 固化爐控制系統框圖
如圖所示，整個系統由工業控制計算機、PLC、現場操作面板、變頻器及溫度控制系統等組成，采用了三級網絡結構的形式。工控機通過MPI網絡與PLC進行數據交換，從而實現對系統工作狀態的監控，采集存儲并統計所需的運行數據，管理現場設備，診斷故障及控制生產流程等功能。PLC和操作面板通過Profibus-DP網與變頻器和溫度控制系統連接，采集和控制溫度點及傳動點的狀態并作出相應的控制。出口張力輥變頻器和入口張力輥變頻器之間通過ACS800所具有的主從控制模式進行連接，能夠更好地實現出口和入口張力輥之間的速度和轉矩匹配，并且可以減少profibus-DP網上傳輸的數據量，提高profibus-DP網的數據處理能力。
4 結論
由于ACS800變頻器具有比傳統矢量控制變頻器更為完美的控制性能，因此能夠極大地提高彩色涂層鋼板生產線的產品質量，從而不僅能夠增強國內彩涂鋼板產品的競爭能力，同時還能夠擴展產品的應用領域。
作者信息：
柯 勇（安徽省蕪湖職業技術學院，安徽 蕪湖 241000）
林賢聰（北京ABB電氣傳動有限公司，北京 100015）
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號