三菱A700在轧机中的优秀应用效果

1.工艺概述与控制要求

某工厂铝连铸连轧机的主要工作是将经原炉熔炼、静止炉精炼后的高温铝液在快速冷却的同时轧制成铝板，最终通过卷取机卷成铝卷。该设备主要有主轧机、铝液位控制装置、钛丝进给、铸嘴小车、石墨喷涂及行走、平动液压剪、卷取机、卸卷车等，如图6-11所示。

该轧机的系统技术性能参数为：最高轧制速度为2.0m/min、最大卷重为5000kg、卷径为φ610～φ1920mm、板宽为1400mm、板厚为6～8mm，轧机上下辊电动机为90kW。

针对铸轧机成套电控系统的工艺特点（长期稳定连续生产、一旦事故停车将造成严重损失），选择高性能、高可靠性的控制元器件是满足控制要求的关键。

图6-10 闭环矢量转矩控制

图6-11 铝板轧机

1—铝液位控制装置 2—铸嘴小车 3—主机上辊 4—主机下辊 5—石墨喷涂及行走 6—入口导向辊 7—平动液压剪 8—出口偏导辊 9—卷取机

现要求：轧机下辊采用速度控制，上辊采用转矩控制，且都采用带编码器的变频电动机。请设计合适的变频控制系统。

2.控制原理

速度和转矩控制是轧机上下辊传动电动机的核心控制原理，其示意图如图6-12所示。M₁和M₂的设定如下。M₁为主传动，采用双闭环速度/转矩矢量控制方式，速度环为V_速度给定和编码器PG返回的实际速度的控制回路，其输出值再乘以一定的比值就是M₂的转矩控制输入值。转矩环为内部闭环。M₂为从传动，速度闭环的输出值并不直接控制转矩，而只是限定M₂转矩的幅度，以最终保证轧机上下两辊电动机在线速度上的紧密性和同步性，M₂转矩的输入值是来自主传动M₁的转矩值，以决定M₂的转矩输出值。

图6-12 轧机控制原理

3.硬件选型与设计

本次轧机电动机选用国产YVP系列变频电动机，其选用强制风冷和OMRON差动式编码器E6B2-CWZ1X，由于三菱变频器所选配电动机基本都是国产电动机，并非选用三菱电动机，因此，这里有必要将编码器的具体接线与原理解释清楚。

（1）编码器的具体指标

A.分辨率

轴旋转1次时输出的增量信号脉冲数或绝对值的绝对位置数。

B.输出相

增量型的输出信号数。包括1相型（A相）、2相型（A相、B相）、3相（A相、B相、Z相）。Z相输出1次即输出1次原点用的信号。

C.输出相位差

轴旋转时，A相、B相各信号相互间上升或下降中的时间偏移量与信号1周期时间的比，或者用电气角表示信号1周期为360°。A相、B相用电气角表示为90°的相位差（见图6-13）。

图6-13 输出相位差

D.CW

即顺时针旋转（Clock Wise）的方向。从轴侧面观察为向右旋转，在这个旋转方向中，通常增量型为A相比B相先进行相位输出，绝对型为代码增加方向。CW方向反旋转时为CCW（Counter Clock Wise）。

E.输出功效比

使轴以固定速度旋转时输出的平均脉冲周期时间与1周期的H位时间的比。

F.最高响应频率

响应信号所得到的最大信号频率。

G.上升时间、下降时间

输出脉冲的10%～90%的时间，如图6-14所示。

H.输出电路

◇开路集电极输出

以输出电路的晶体管发射极为共通型，以集电极为开放式的输出电路。

◇电压输出

以输出电路的晶体管的发射极为共通型，在集电极与电源间插入电阻，并输出因电压而变化的集电极的输出电路。

◇线路驱动器输出（又称差动输出）

本输出方式采用高速、长距离输送用的专用IC方式，是依据RS422-A规格的数据传送方式。信号以差动的2信号输出，因此抗干扰能力强。(www.xing528.com)

◇补码输出

输出上具备NPN和PNP两种输出晶体管的输出电路。根据输出信号的H、L，两个输出晶体管交互进行“ON”、“OFF”动作。使用时，请在正极电源、OV上进行上拉、下降后再使用。补码输出，包括输出电流的流出、流入两个动作，其特征为信号的上拉、下降速度快，可延长代码的距离。可与开路集电极输入机器（NPN、PNP）连接。

I.起动转矩

旋转式编码器的轴旋转起动时必须的旋转转矩。轴为防水用密封设计时，起动转矩的值较高。

J.惯性转矩

表示旋转式编码器的旋转起动、停止时的惯性力的大小。

K.轴容许力

是加在轴上的负载负重的容许量。径向以直角方向对轴增加负重，而轴向以轴方向增加负重。两者都为轴旋转时的容许负重，该负重的大小对轴承的寿命将产生影响。

L.绝对代码

◇二进制代码

本代码为纯二进制代码，用2n表示。可通过位置的转换变换复数的位。

◇格雷码

转换位置时，只有1位发生变化的代码。旋转式编码器的代码板为格雷码。

◇余格雷码

是用格雷码表示36、360、720等2n以外的分辨率时的代码。余格雷码的性质为：格雷码的最上位从“0”切换至“1”时起，当数值小的一方和数值大的一方分别只取相同区域时，在该范围内从代码的结束与开始进行转换时，只改变1位信号。根据这种性质，可按格雷码进行任意的偶数分辨率设定。但此时，代码的起始不是从0位置开始，而是从中途的代码开始，所以实际使用时，需要进行代码转换处理，转换至由0位置起的代码后再使用。二进十进制代码（Binary Coded Decimal Code），是分别用二进符号表示十进制各位的代码。

图6-14 上升时间、下降时间

M.中空轴型（空心轴型）

旋转轴为中空轴形状，通过将驱动侧的轴直接与中空孔连接，可节省轴方向的空间。以板簧为缓冲，可吸收驱动轴的振动。

N.金属盘

编码器的旋转板（盘）是用金属制成的，与玻璃旋转板（盘）相比，强化了耐冲击性。但受到狭缝加工的制约，不能应用于高分辨率。

（2）编码器E6B2-CWZ1X接线与输出示意

图6-15所示为编码器E6B2-CWZ1X接线。

图6-15 编码器E6B2-CWZ1X接线

表6-4为编码器E6B2-CWZ1X接线端子功能定义，它采用DC 5V电源，输出3对A、B、Z相差动信号。

表6-4 编码器E6B2-CWZ1X接线端子功能定义

（3）轧机变频器硬件接线图

图6-16所示为轧机变频器硬件接线图。VF₁下辊变频器的速度设定采用电位器，并连接了PLG差动输入信号作为闭环矢量控制的反馈信号，跳线设置如图所示，同时输出转矩信号给VF₂上辊变频器。VF₂上辊变频器采用转矩控制，其转矩命令来自于VF₁的输出，速度限幅来自于VF₁的速度。

图6-16 轧机上下辊变频控制解决方案

4.轧机变频控制系统的参数设置

（1）VF₁速度控制参数设置（见表6-5）

表6-5 VF₁速度控制参数设置

（2）VF₂转矩控制参数设置（见表6-6）

表6-6 VF₂转矩控制参数设置