梅钢平整机组卷取机间接恒张力控制

#"恒张力控制原理
#’ #"恒张力控制方式 常见的恒张力控制系统一般可分为直接张力 控制和间接张力控制两种方式$ 前者是通过张力 计直接测量出带钢实际张力" 转换成相应的电信 号"反馈到张力调节器的输入端与张力给定值进 行比较"构成张力负反馈系统" 属闭环控制% 后者 是根据开卷或卷取过程中 各 参 数 之 间 的 约 束 关 系"找出影响张力变化的各个参数" 运用数学方法 计算出来"加以补偿控制" 间接地保持张力近似不 变"属开环控制$ 直接张力控制结构简单" 张力控制平稳" 可避 免卷径变化& 速度变化和空载损耗等扰动因素对 ##
! ! ! ! 7 0 G 7 G 7 7 总飞轮惯量应是 G 为 S V D " 其中 G Dv 带卷飞轮矩折算到电机轴上的转动惯量$ 动态转 矩补偿可依据式! & # 计算得出"在控制程序中专门
耗的补偿值计算$ ! ’ # 动态响应补偿 在实际应用中" 卷取机上带卷卷径是逐渐变 ! 7 大的"系统总的飞轮惯量 G 也将随之变大" 从而 导致传动系统的响应速度下降$ 为了有效地解决 这一问题"梅钢平整线张力控制系统采用了速度 控制增益补偿法" 主体思想是调整速度调节器的 ! 7 比例增益基于负载飞轮惯量 G 的变化而变化" 初始增益为 %$$l"随着卷取机上带钢卷径的逐渐 变大而变大" 以确保系统有效的动态响应及张力 的控制精度$ $’ $"传动控制部分 @ E A @ D! $$$ ^型 传动控制系统选用了三菱 3 全数字式交流变频装置来驱动卷取机交流变频电 机"用于恒张力控制的速度给定& 转矩给定及动态 < M c I Y>? B O网络从一级系统 增益补偿等参数通过 O 获取"变频装置工作在转矩控制方式" 完成电机电 流及速度的动态调节" 以实现卷取机张力的近似 恒定$
!"引言
热轧带钢平整机组在生产轧制过程中" 不论 是平整或是重卷工作模式" 不论是在机组升降速 或稳速轧制过程中" 系统都要求保持稳定的带钢 张力"使带钢平稳轧制& 卷绕紧密$ 一般张力偏小 时"会造成带钢松卷& 层间窜动& 塔形严重等现象" 易降低带钢成品质量% 张力过大时" 则会造成带卷 过紧"情况严重时可导致带钢轧断& 设备损坏等现 象$ S平整机组于 !$$! 年建成投产" 梅钢 % 1!! S 其开卷机与卷取机均采用了间接恒张力控制" 其 控制原理相似$ 该机组在平整模式运行时" 开卷 机和卷取机同时投入恒张力控制% 在重卷模式运 行时"仅卷取机建立恒张力控制" 开卷机采用速度 控制$ 本文着重论述梅钢平整机组卷取机的恒张 力控制原理及实现方法$
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由式! % # "! ! # "! ’ # 可求得’ % O @0 ( !5 (6 #0 5 (6 % (= ’ (O =0 &*1 5 ! (’ 9 ($ !1# 5 式中" 5 为电机转 % h ’ 为常数 % @为电机功率% 3 % ! % O % 6 矩 为电机转速 为电机电动势 =为电机电枢 电流%- 为电机磁通量%9为张力%$为线速度$ 由式! 1 # 可知"恒张力控制方式可看作是通过 对电机电枢电流的调节" 使得电机输出功率保持 不变"从而实现张力和线速度的基本恒定$ -@! 额定磁通 # 为常 在基速以下时"磁通 - 0 数"恒定不变$ 由式! 2 # 可知只要保证电枢电流 6 = ##
式中"3 ; 为总动态转矩补偿值 % 3 9 ;为由带卷飞轮 7 惯量 G 产生的惯性转矩%3 9 3为由电机飞轮惯量 Dv
! G 7 为机械减速比% $ 为带钢 S 产生的惯性转矩 % % 比重%= 为带钢宽度$ !
%"结束语
随着一级控制系统软硬件控制性能的不断发 展更新"用于间接恒张力控制复杂运算带来的不 利影响得到了有效解决" 大多数平整机组的间接 恒张力 控 制 方 式 得 以 高 效 稳 定 地 投 用$ 梅 钢 % 1!! S S平整机组长期运行情况表明" 卷取机间接 恒张力控制系统运行稳定"张力控制精度较高$
张力的影响"确保较高的张力控制精度% 而间接张 力控制程序较为复杂" 对各种补偿的计算量较大" 对控制系统性能要求较高$ 但考虑到张力计的适 用范围有限& 机组穿带过程中需要微张力控制以 及在张力计不能投用时需要维持生产等因素" 在 工程实际应用中" 随着控制系统软硬件性能的不 断提升"大多平整机组都采用了间接恒张力控制 的方式$ #’ $"间接恒张力控制原理 从传动功率的角度来看" 根据电机驱动功率 与负载功率相匹配的原则" 只要保持电机输出功 率恒定"就可以间接近似地保持张力和线速度的 恒定$ 由电机学原理可知电机的电磁输出功率为 / &*1 @0 ! (3 !%# 30 5 (6 % (= O0 5 (^ ! (!!# !’#
! 冶金自动化" !$$& 年 ,%
以及机械损耗补偿三部分组成" 其中张力转矩依 9 ( 据张力设定值和实时带钢卷径" 通过公式 30 7/ ! 计算得出$ 在实际卷取过程中" 机组加减速或是稳态轧 制时随着卷径的不断变化" 卷取机转速也将随之 变化$ 为了保持卷取机张力的恒定" 卷取机必须 额外付出一定的转矩来克服电机学可知"转动惯量引起的总惯性转矩为电动机 轴和带卷产生的惯性转矩之和" 即电机侧承受的
在基速以上时"为弱磁升速阶段"反电势 O保 持不变$ 由于卷径 7与带卷线速度 $及电机转速 $ !存在如下关系’70 "将其代入式 ! 2 # 中" 可 (! % 得式! + # $ 可见" 只要保证电枢电流 6 = 随带钢线 速度 $成比例变化" 就可实现恒张力控制$ 这种 控制方式属于恒功率控制$ !5 6 6 % (% = = 90 0 5 ( 5 $ $ !
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式中"% 为机械加速比% 7为实时带钢卷径% ! 为 < @ c 电机转速%$ 为卷取机给定线速度% $为机组主干 < @ c 给定线速度%’ : 7为卷取机速度超前系数 "一般取值 $( h $Q %2 梅钢平整卷取机取值为 $Q % " 超前 为 $Q S I J$ 速度为 1$ S/ ! ! # 转矩给定计算 卷取机转矩给定由张力转矩& 动态转矩补偿 ( *!’(
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梅钢平整机组卷取机间接恒张力控制
曹#平
! 宝钢集团上海梅山有限公司 热轧板厂"江苏 南京 !%$$’& # S平整机组卷取机间接张力控制系统" 着重对恒张力控 摘要!介绍恒张力控制的基本原理"并结合梅钢 % 1!! S 制系统的组成及工程实现方法进行了论述$ 关键词!平整机组%卷取机%恒张力控制%间接控制
# "男"安徽马鞍山人"工程师"硕士"主要从事电气自动化工作$ 作者简介!曹#平! %&**)
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随卷径成比例变化" 同时对机组升降速给以必要 的补偿"就可实现恒张力控制$ 这种控制方式属 于恒转矩控制$ !0 30 9 (72 5 (6 % (= ! (5 90 ( % (’ 6 = 7 !2#
设计了程序模块用于动态转矩的补偿值计算$ ! ! G 7 7 G! G Dw SG ! 3 3 3 V 0 9 ;V 9 30 ;0 ’*2 GD ’*2 GD
! G! % ($ (% (= 1 1 %$ ’ oV V !7 b 7 M #o ( (’*2 GD ! G 7 SG ! ’*2 GD
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$"梅钢平整机组卷取机恒张力控制方法
S I J 的线速 梅钢平整机组可实现最大 1$$ S/ " S I J # 张力可达 !$$ P^ 度"卷取机高速挡 ! 1$$ S/ S I J # 张力可达 *$ P^ " 卷取机的主 低速挡! !*$ S/ 要参 数 有’ 电 机 功 率 &2$ PL" 电 机 额 定 转 速 为 % !$$ < / S I J"机械减速比为 +Q &** $ 卷取机恒张力控制实现方法见图 % 所示" 张 力系统由一级控制部分与传动控制部分组成" 其 中一级控制系统负责计算出带钢恒张力轧制所需 的转矩给定&速度给定以及动态响应补偿等数据" < M c I Y>? B O总线传输到传动变频装置% 传 再通过 O 动控制系统工作在转矩控制方式" 负责对电机电 流进行实时调整"保证电机输出功率基本不变" 从 而间接近似地实现张力的恒定不变$
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图 #"卷取机恒张力控制框图
$’ #"一级控制部分 @ E ? @ D系 列 O 5 ; 一级控制 系 统 选 用 了 三 菱 3 "具备了强大的 !28; O \ 中控制性能最为优越的 e 逻辑控制&快速的数学计算及处理能力" 能快速准 确高效地完成恒张力控制所需要的速度给定& 转 矩给定&动态响应补偿& 动态转矩补偿& 机械损耗 补偿&带卷实际卷径等参数的计算$ ! % # 速度给定计算 卷取机速度给定大多以线速度的形式设定" 5 % 系统需进行对应的转换公式如下’
# 编辑$徐慰珠%
机械损 耗 补 偿 表 现 为 转 速 的 非 线 性 函 数 关 系"系统根据实际测量得到的函数关系" 在运行中 依据转速反馈值实时计算出机械损耗补偿值" 在 控制程序中同样专门设计了程序模块用于机械损
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