速度饱和与力矩控制在螺旋焊管机组递送机电控系统的应用

1 后摆式螺旋焊管机组简介

某螺旋焊管生产线采用了后摆式生产机组，其主要设备包括飞焊车、 铣边机、 递送机、 成型机、 后桥等， 如图1 所示。 飞焊车上主要设备由开卷机、 轿平机、 剪切对焊机、 夹送机组成； 后桥上主要设备有飞剪设备、 钢管输出辊道； 递送机采用上、 下辊双电机驱动结构， 两台电机由一个变频控制单元进行控制。 递送速度控制的稳定性直接关联到钢管成型、 焊接质量， 如果递送机递送力矩输出不平稳导致速度波动， 会造成钢管焊接烧穿或焊缝形貌异常。

当递送机采用上、 下两辊独立传动结构， 两台电机分别驱动上、 下辊时， 容易出现两辊力矩分配不均衡， 造成带钢递送速度不稳定。 主要原因是电控系统设计时， 只考虑了对速度环的稳定控制，对带钢长时间运行过程中， 上、 下辊线速度误差积累造成的力矩失衡不能及时纠正， 从而出现带钢打滑、 递送速度波动。 改进后的递送机电控系统采用西门子S120 调速器， 利用其速度环和力矩控制的两个系统功能， 较好地解决了这个问题。

2 递送机电控系统的设计

设计选用西门子S120 调速器的CU320-2DP 6SL3040-1MA00-0AA0 作为控制单元， 选用两台6SL3310-1TE33-1AA3 作为电机功率模块，硬件系统组建如图2 所示。

递送机上、 下辊由两台电机驱动， 选用一个驱动控制器来控制， 相比于两台独立电机驱动器系统响应速度更快， 系统内部数据交换稳定可靠。 控制设计方案中采用双环控制即速度环和电流环控制， 速度环作为外环， 电流环作为内环，速度环的输出作为电流环的输入。 当速度环输出值达到最大时， 此时的电流环会根据输入值的变大， 而将其输出值也调整到限定的最大值， 通过在S120 驱动器里进行相应的转矩设置限制和合理的参数配置， 使得上、 下辊电机力矩快速达到平衡、 稳定。 图3 为上辊速度设置通道图。

如图2所示，在MATLAB仿真中，LMS算法在约100次后达到了收敛状态。且收敛误差达到大约0.03数量级。

使用STARTER 软件设置上、 下辊驱动器均工作在速度模式下， 进入专家菜单列表将两辊驱动器的P1300 参数设置为21， 即带编码器的速度控制模式。 上辊主速度设定值来自下辊速度输出值，通过读取下辊r63[0] 的数值获得， 并赋值在r2050中； 上辊速度设置偏置从参数P2900 获得， 根据实际调试效果将上辊主速度的偏置设置为1.02 时，运行效果比较理想； 同时将上辊驱动器的力矩限幅P1522 参数设置为读取下辊力矩输出值r79 的数值。 图4 为上辊力矩限制设置通道图。

由图4可知，新疆降水突变点为1986年；北疆降水突变点为1986，1997年，南疆降水突变点为1986年，突变点分布如表1。

速度饱和与力矩控制电控系统应用于生产线递送机上， 进行X80 钢级Φ1 420 mm×18.4 mm钢管的生产， 机组运行速度设定为1.50 m/min，取得了较好的生产效果。 不仅有效降低了带钢对接焊缝通过递送机时打滑现象的发生， 也提高了带钢递送速度的稳定性。 生产现场机组递送速度监测数据见表1。

3 应用效果

当递送机运行起来时， 由于上、 下辊之间存在微小的速度差异， 那么上辊电机将很快进入速度饱和状态， 其力矩受下辊制约， 短时间内上、 下辊电机力矩达到平衡并逐步稳定。 一旦发生机械负载异常变化时， S120 调速器系统即刻退出速度饱和状态； 由于速度环的作用，系统可有效控制递送机单辊瞬时失速故障的发生， 防止递送机打滑故障的出现， 从而提高了递送速度的稳定性。

图5 为上、 下辊力矩跟踪记录曲线， 兰色曲线为下辊力矩未进过滤波的数据曲线， 黄色曲线为下辊力矩未进过滤波的数据曲线。 图6 为上、下辊电机电流记录曲线。 通过递送机监测数据、力矩跟踪曲线和电流记录曲线可以看出， 递送机上、 下辊的力矩控制比较理想， 且速度运行稳定。

相当于现代建筑设计中的大样图。在乡土建筑中，冬瓜梁、牛腿、屋脊、柱础、檐口等不同做法具有相当突出的地方特色，如余少慧硕士学位论文《钱塘江流域冬瓜梁研究——以婺州地区为例》[11]中对冬瓜梁的源流进行探究，得出冬瓜梁的主要分布地区是徽州和婺州，并以此为中心进行辐射状影响。诸如此类研究提供了以小见大的视角，从构件出发探寻乡土营造的源流规律。

4 结束语

对于采用上、 下两辊结构的递送机， 要实现输出较为理想的带钢递送效果， 其电控设计就必须重视力矩均衡控制。 采用速度饱和与力矩控制的设计， 可以使带钢递送速度运行平稳， 减少带钢在运行过程中， 尤其是对接焊缝通过递送机时产生的打滑现象。 该设计方案在螺旋焊管机组使用后， 生产运行已两年多时间， 系统运行平稳、可靠， 有效地保证了机组的运行稳定性和钢管焊接质量。

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