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案例頻道關鍵字：ACS800 多傳動 縱剪 DTC PROFIBUS
1 簡介縱剪的作用和設備的主要工藝要求
縱剪機列完成鋁卷材的開卷、分條和鋁帶的卷取工作。根據不同的來料長度和厚度來控制開卷和卷取的張力，保證張力穩定，同時保證開卷和卷取的速度匹配。本設備來料厚度為0.3-2.0mm，速度范圍0-300m/min，開卷張力范圍0～15N/mm︿2，卷取張力范圍0～20N/mm︿2。
2 ACS800的原理組成以及在縱剪機列的應用
ACS800系列多傳動系統是ABB公司最新的交流傳動系統，它采用當今最先進的直接轉矩控制（DTC），以轉矩為控制終端對象，這樣對交流機的張力控制精度進一步提高。一般的我們說的矢量控制方式是以轉子磁鏈為控制對象，控制相對較為復雜，且易受轉子模型隨溫度變化變化的干擾。直接轉矩控制（Direct Torque Control——DTC），以轉矩為中心來進行綜合控制，不僅控制轉矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。直接轉矩控制與矢量控制的區別是，它不是通過控制電流、磁鏈等量間接控制轉矩，而是把轉矩直接作為被控量控制，其實質是用空間矢量的分析方法，以定子磁場定向方式，對定子磁鏈和電磁轉矩進行直接控制的。這種方法不需要復雜的坐標變換，而是直接在電機定子坐標上計算磁鏈的模和轉矩的大小，并通過磁鏈和轉矩的直接跟蹤實現PWM脈寬調制和系統的高動態性能。
直接轉矩控制的特征是控制定子磁鏈，是直接在定子靜止坐標系下，以空間矢量概念，通過檢測到的定子電壓、電流，直接在定子坐標系下計算與控制電動機的磁鏈和轉矩，獲得轉矩的高動態性能。它不需要將交流電動機化成等效直流電動機，因而省去了矢量變換中的許多復雜計算;它也不需要模仿直流電動機的控制，從而也不需要為解耦而簡化交流電動機的數學模型;而只需關心電磁轉矩的大小，因此控制上對除定子電阻外的所有電機參數變化魯棒性良好，所引入的定子磁鏈觀測器能很容易得到磁鏈模型，并方便地估算出同步速度信息，同時也很容易得到轉矩模型，磁鏈模型和轉矩模型就構成了完整的電動機模型，因而能方便地實現無速度傳感器控制，如果在系統中再設置轉速調節器，即可進一步得到高性能動態轉矩控制了
ACS800系列多傳動采用世界領先的DTC（直接轉矩控制）技術，使普通異步電動機達到極高的轉速精度（0.01%），轉矩響應速度（<5ms）,200%的啟動轉矩以及極大的調速范圍（1:1000以上）.
ACS800系列多傳動系統組成包括：
· 二極管供電單元 它將三相交流電整流為直流電源向傳動設備的中間直流電路供電，進 而向驅動電機的逆變器供電。電壓范圍：DC520V～700V。
· 制動斬波單元 它與制動電阻配合，用于消耗再生制動中產生的能量，保證中間直流回路電壓保持在安全的范圍內。
· ACS800逆變模塊 電機速度轉矩控制的核心，它采用直接轉矩控制方式（DTC）工作。
縱剪中ABB逆變器設備：
· 開卷機 主要用于鋁卷材的開卷，并保證足夠的張力，讓鋁片能夠穩定的切條。
· 夾送輥 主要是用來展平鋁卷，并與開卷形成一定張力，對料起到夾送的作用。
· 縱剪機 對鋁板按照工藝要求進行縱向切條，同時也與開卷形成張力，滿足對切 條工藝要求。
· 張力輥 與卷取機形成張力，保證卷取卷入鋁條不產生松帶現象。
· 卷取機 對切條的鋁板進行卷取，并保證鋁卷的垂直面一致，這就要求卷取機與張力輥之間保持非常穩定的張力。
在厚帶縱剪機列中ACS800主要完成各主電機的張力和速度的精確控制。下面是整個機列的供電框圖：
圖一：系統供電框圖
其中：
第一路進線供電給交流調速系統，整個系統電源經過二極管整流單元后，電源經直流母線提供給掛在母線上的整個調速系統中的ABB逆變器。由逆變器對各交流調速電機進行張力和速度的控制。
第二路進線供電給系統中不需要調速的交流電機和輔助設備變頻器以及系統操作回路（含PLC系統），該路經斷路器、隔離變壓器后，通過不同回路的保護開關供給提供給操作電源、液壓回路、輔助設備控制電源等。上位觸摸式板式電腦電源通過UPS不間斷電源。
3 縱剪機列PLC通訊系統的組成
機列的通訊為PROFIBUS-DP通訊協議，其主站為西門子PLC CPU 315-2DP、子站包括主操作臺IM-153-1西門子遙站、副操作臺IM-153-1西門子遙站、西門子板式電腦等。ABB ACS800逆變器通過DP通訊選件RTAC-01作為通訊子站。DP通訊系統主要完成機列速度設定，各設備張力設定，實際值讀取，以及基于以上功能進行的與子站和逆變器的通訊等。
具體框圖如下：
圖二：通訊結構框圖
4 逆變器設備速度和張力的給定方式
逆變器的速度和張力通過PROFIBUS網絡給定，速度給定范圍為-20000～20000，張力范圍-10000～10000。在速度給定下，20000代表最大角速度。在張力給定下，10000代表電機最大轉矩。根據速度和張力的大小和方向的不同，將給定值線性對照在-20000～20000和-10000～10000范圍內。張力控制和速度控制的切換是通過以下方式完成的：變頻器的轉矩給定有兩個主要的給定源，一個是速度控制器輸出的給定，另一個是直接轉矩（張力）給定。我們在應用當中，這兩種方式有一個選擇比較輸出項TORQUE SELECTOR（P26.01），它有4個選項：兩者最大值輸出、兩者最小值輸出、速度輸出，轉矩輸出。在這里我們選擇最大、最小值選項。這樣，我們就可以根據工況靈活的通過速度和轉矩給定值進行方式的切換。例如：選最大值（MAX）模式，當要進行速度向轉矩切換的時候，將速度給定設為-20000。這時，控制器就會按照直接轉矩給定值，切換到張力控制。
根據縱剪的工藝要求，它有兩種工況：一個是有活套方式，在這個方式下，在張力輥和縱剪機之間有一個活套坑，鋁條下到坑里一定位置，因此縱剪機與張力輥之間沒有張力產生，兩設備速度保持一致。在這種情況下，對設備的工藝要求和主要參數如下：
1.開卷機 速度控制（P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
2.夾送輥 張力控制（P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
3.縱剪機 張力控制（P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
4.張力機 張力控制（P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
5.卷取機 速度控制（P26.01=SPEED、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
另一個是無活套方式，在這個方式下，在張力輥和縱剪機之間有張力產生，兩設備速度保持一致。在這種情況下，對設備的工藝要求是：
1.開卷機 張力控制（P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
2.夾送輥 張力控制（P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
3.縱剪機 張力控制（P26.01=MIN、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
4.張力機 張力控制（P26.01=MAX、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
5.卷取機 速度控制（P26.01=SPEED、P90.01=701、P90.02=2501、P98.02=2）
5 結束語
本文旨在對ABB800多傳動系統在實際的應用做一個簡要的介紹。本次的厚帶縱剪機列首次采用ABB800多傳動控制的交流機系統，以前的系統都是采用直流調速控制方式，因為機列需要非常嚴格的速度和張力精度值，ABB800多傳動系統很好的完成了這個任務。本機組于2007年7月調試完畢，至今運行良好。在實際應用調試參數中，還包括通過卷徑、轉矩，對速度和張力的換算、張力的加速補償和動態摩擦補償，另外還有各種邏輯的切換以及PLC與ABB控制器的通訊參數設置等等，在這里就不再贅述了。
參考文獻:
[1] ABB公司 2006-06-30
[2] ABB公司 2006-08-09
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號