摘 要：文章在闡述銅箔生產(chǎn)張力控制原理和過程的基礎上，以恒張力恒速度控制為目標，重點分析了卷繞的控制原理，打造了專業(yè)的數(shù)學模型，通過SIMOTION進行卷徑計算和錐度控制，旨在能夠?qū)崿F(xiàn)對銅箔的張力控制。

關鍵詞：張力分段控制；銅加工設備；性能提升

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.037

銅材料由于具備良好的物理性能、化學性能、機械性能等，被人們廣泛應用在電子、化工、汽車、裝飾等多個行業(yè)中。在社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展支持下，近幾年，我國銅加工生產(chǎn)達到了世界第一的水平，相應的銅加工設備技術創(chuàng)新也取得了良好的成果。高精度板帶材帶式生產(chǎn)法逐漸代替了以往的塊式生產(chǎn)法，提升了板材的精準度。張力分段控制在銅加工設備中的應用能夠有效提升銅加工設備的加工精準度，為此，文章結合實際就張力分段控制在銅加工設備中的運用問題進行探究。

1 張力控制原理

對于直流傳動張力控制系統(tǒng)帶材張力和電機電樞電流關系可以做出如下的表示：

在公式中T代表的是張力，Cm代表的是電機常數(shù)，D代表的是卷徑直徑，Id是電機電樞電流；代表的是電機磁通；K代表的常數(shù)。通過公式（3）式可知，帶材張力T和電機的電樞電流Id呈現(xiàn)出一種正比的關系。在電機工作的情況下，磁通是固定的，在卷徑D也被固定之后張力的大小完全由電流來控制，如果卷取機恒張力控制，那么帶材的張力和Id/D呈現(xiàn)出正比的關系，電流隨著卷徑D的變化而出現(xiàn)相應的變化。

1.1 直接張力控制

直接張力控制主要是指利用張力計來測定張力的大小，并將獲得的信號送入到指定的系統(tǒng)中進行閉環(huán)控制處理，從而使得系統(tǒng)的實際張力和之前設定好的張力相等同。生產(chǎn)過程中所應用的壓磁張力計能夠有效測量出張力的大小，并能夠?qū)y量的信息直接在張力計上標識出來。

1.2 間接張力控制

可逆冷軋機的卷取機采用了SIMOVER MASTER DRIVE交流調(diào)速矢量控制方式。矢量控制原理的基本出發(fā)點是異步電動機本身是一個多變量、非線性的時變系統(tǒng)，在使用的過程中很難直接通過外部添加的信號來準確控制電磁扭矩，但是如果以電子磁通過這一旋轉(zhuǎn)空間作為矢量參考坐標，在靜止坐標系的作用下能夠?qū)⒍ㄗ与娏髦械膭畲烹娏鬓D(zhuǎn)變?yōu)榫匦坞娏鳌?/p>

2 張力控制過程

當前，實現(xiàn)恒張力控制的方式大多分為以下幾種：①采用直流電機進行控制。在直流電機的作用下能夠?qū)﹄姍C電樞電流、磁通和卷徑之間的比值確定為恒定的數(shù)值，從而實現(xiàn)對張力的恒定管控、②應用力矩電機進行控制。借助張力傳感器測算出銅箔的張力，將測量信號作為一種信息反饋到張力調(diào)節(jié)器上，強化對銅箔張力的控制。③采用交流伺服電機。在交流伺服電機的力矩運行模式影響下電機運行操作會得到相應的控制。但是從當前市場發(fā)展實際情況來看，銅箔收卷一般會由直流電機控制，在具體操作的時候會出現(xiàn)較多的故障問題，不利于提升產(chǎn)品質(zhì)量。為此，需要相關人員采取有效措施控制銅箔收卷。

3 銅箔加工張力控制優(yōu)化

想要使銅箔的收卷變得整齊，需要確保銅箔具備一定的張力，在張力的影響下穩(wěn)定的運行。因而在考慮多種因素的情況下可以應用SIMOTION來進行卷徑計算，實現(xiàn)對張力的恒定，實現(xiàn)了速度恒定好張力的平衡，避免收卷過程中產(chǎn)生波動現(xiàn)象。

3.1 數(shù)字模型的打造

為了能夠更好分析銅箔加工張力變化過程，打造了銅箔張力控制數(shù)字模型示意圖，銅箔張力控制數(shù)字模型示意圖相應的動態(tài)力矩平衡方程表示如（4）所示。銅箔這種卷材在使用的時候發(fā)現(xiàn)其運作效率比較低，但是其穩(wěn)定性較強，可以被粗略的看做是一個恒定的數(shù)值，對應得到的卷繞系統(tǒng)靜態(tài)力矩平衡方程如（5）所示。從公式中可以發(fā)現(xiàn)，在收卷半徑不發(fā)生變化的時候，想要確保張力恒定，轉(zhuǎn)矩會隨著半徑的變化而產(chǎn)生變化，為此，想要得到卷徑數(shù)值需要加強對Mt-的控制。

3.2 具體控制策略

首先，將直流電機轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣魉欧姍C，通過控制交流伺服電機實現(xiàn)對整個銅箔張力收卷系統(tǒng)的控制。其次，陰極輥的轉(zhuǎn)動會在速度閉環(huán)模式下來運作，整個系統(tǒng)的運作速度比較恒定。為了避免出現(xiàn)銅箔褶皺，需要相關人員加強對銅箔錐度的控制，提升卷繞的質(zhì)量。

3.3 具體方案的實施

應用全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)作為控制銅箔質(zhì)量的關鍵機制，在具體使用的過程中由以下幾個方面組成：①陰極輥和收卷驅(qū)動輥一般由單獨的交流伺服電機帶動操作。②西門子SIMOTION是整個銅箔的中心控制器。③TP270觸屏能夠顯示出人們的實際操作狀態(tài)個各項指令。在應用上文敘述的方案操作之后，取得了良好的效果，轉(zhuǎn)速波動變?yōu)椋?.539/1006）%=0.352%，轉(zhuǎn)矩波動變?yōu)椋?.028/1.055）%=2.65%。

4 結束語

綜上所述，張力分段控制技術在銅加工設備和銅箔生產(chǎn)中的應用有效提升了銅加工設備和零件的生產(chǎn)技術水平，取得了良好的社會經(jīng)濟效益和社會效益。在銅箔生產(chǎn)過程中，毛箔收卷操作直接關系到銅箔的生產(chǎn)質(zhì)量，為此，文章結合銅箔生產(chǎn)過程中的一些特殊工藝要求，需要相關人員以恒速度恒張力作為基本控制目標，借助相關數(shù)學模型打造一種完善的銅箔張力控制方案，旨在能夠提升銅箔的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]詹飛.銅加工板帶軋機張力控制系統(tǒng)的設計和應用[J].中國金屬通報，2014（S1）.

[2]景征.冷連軋板帶張力控制系統(tǒng)的研究[D].河北工業(yè)大學，2010.

作者簡介：徐文斌（1971-），男，安徽桐城人，本科，高級工程師，研究方向：銅加工工藝及設備。