卷取机卷轴速度控制系统

内蒙古科技大学课程设计论文 1 内蒙古科技大学 过程控制课程设计论文 题 目 卷取机卷轴速度控制系统 内蒙古科技大学课程设计论文 2 引言 3 1 系统分析 4 1 1 工艺过程分析 4 1 2 控制目标及任务 5 2 工艺设备及控制系统设备简介 7 2 1 卷取机组成 7 2 2 电气传动系统配置 7 2 2 1 直流调速 7 2 2 2 交流调速 7 3 自动化控制系统组成 功能及设计思路 8 3 1 自动化控制系统组成 功能 8 3 2 卷筒速度控制思路由来及控制框图 8 4 卷轴速度控件说明及其主要控件型号简介 10 4 1 SIEMENS T400 简介 10 4 2HGJ R 型热金属检测器 10 4 2 1 概述 10 4 2 2 灵敏度 10 4 2 3 环境温度 11 4 2 4 传输距离 11 4 2 5 输出形式 11 4 2 6 检测温度 11 4 3 光电码盘 11 4 3 1 简介 11 4 3 2 电机转速测量方法 11 4 4 西门子 6SE70 变频器 12 5 计算卷筒转速的数学公式 13 5 1 假设条件 13 5 2 下面对卷筒转速计算公式进行推导 13 5 3 卷筒转速变化的趋势分析 14 6 总结 16 7 参考文献 17 内蒙古科技大学课程设计论文 3 引言 引言 卷取机的用途是收集超长轧件 将其卷取成卷以便于贮存和运输 卷取机 是轧钢车间的重要辅助设备 轧钢生产实践证明 卷取机的工作状态直接影响 着连轧机生产力的发挥 对强力 高速卷取设备的研究一直受到重视 热带钢卷取机是热连轧机 炉卷轧机和行星轧机的配套设备 有多种形式 地上式 地下式 有卷筒式 无卷筒式等 由于地下式卷取机具有生产率高 便于卷取宽且厚的带钢 卷取速度快而钢卷密实等特点 所以现代热连轧生产 线上主要采用地下式卷取机 由于卷取机特别是卷筒的结构复杂 卷筒电机的转速变化范围偏大 电气 控制有较大难度 在实际生产中 卷取故障在热带轧机机组的故障之中占有很 高的比例 特别是目前卷筒转速的选取偏高 使电气控制装置的调速范围偏大 影响控制精度 且电气传动功率在高速区域的能力用不上 应设法改变 世界第一套热带轧机在 1927 年投产 早期的热带轧机采用恒速轧制技术 轧制速度最大 12m s 相应地下卷取机的卷筒转速变化比较简单 其最大值是 在卷取开始穿带时刻 此时的卷筒线速度等于轧制速度 穿带后 卷筒转速随 钢卷直径增大而下降 升速轧制技术在热带轧机上应用之后 轧机速度最大可 达 25m s 而卷取机由于穿带速度的限制 开始卷取速度为 8 12m s 建立张 力后随轧机同步升速轧制和卷取 此时的卷筒转速变化情况很复杂 由于卷径 不断增大 卷筒的线速度总是小于 穿带时等于 卷取速度 所以随卷取速度 的增大 卷筒转速既可能增加也可能减少 处于不确定的状态 但对于转速增 加的上限及增加过程结束的条件没有定论 为使卷取速度满足轧机速度要求 通常根据轧机速度确定卷筒转速 此时卷筒的最大线速度与轧机的最大速度基 本相同 总之如何选取卷取机卷筒的速度是决定卷取机好坏的关键 内蒙古科技大学课程设计论文 4 1 系统分析系统分析 1 1 工艺过程分析工艺过程分析 如图 1 中所示 热轧卷取机系统由卷筒 助卷辊 夹送辊 侧导板和输出 辊道组成 热轧卷取机的工作过程为以下三个阶段 助卷轴WR1 助卷轴WR2 卷筒 精轧末架 热输出辊道 侧导板 夹送辊PR 助卷轴WR3 1 带钢头部穿出精轧机末端机架 为了使带钢更好的在输出辊道上运行 防止带钢头部跳动 输出辊道以大于精轧机末端机架的超前速度运行 给带钢 一个前向张力 同时 夹送辊 卷筒以及助卷辊均以一定的超前速度运行 助 内蒙古科技大学课程设计论文 5 卷辊摆下到卷筒边缘 以便带钢头部进入卷筒时给带钢一个下压力 2 带钢头部运行到距离夹送辊至某一距离 夹送辊由速度控制切换到转矩 控制 夹送辊以前向张力使带钢穿过夹送辊 3 卷筒建立张力 夹送辊输出后向张力以承担一部分卷取张力 其方向 与卷筒相反 同时 卷筒由速度控制切换为转矩控制 通过调节电机的输出转 矩设定值 使带钢承受一定的张力并以该张力进行卷取工作 由于带钢已经建 立张力 为了防止划伤带钢表面 助卷辊摆开 远离带钢 4 带钢尾部离开精轧机末端机架 夹送辊承担的后向张力加大 同时 卷 筒由转矩控制切换回速度控制 以同步速度运转 助卷辊摆回到预定位置来控 制钢卷尾部的卷型 其与卷筒之间的距离由带卷的预算直径的大小来决定 5 带钢尾部运行到夹送辊 夹送辊由转矩控制切换回速度控制 以滞后速 度运转 同时卷筒开始慢慢减速直到卷取完毕后停止 1 2 控制目标及任务 控制目标及任务 卷取机的工作过程中 包含两个速度控制阶段 第一个阶段 当带钢头部穿出精轧机末端机架时开始 此时带钢要经过输 出辊道和夹送辊 最后缠绕在卷筒上 在这一阶段卷取机为速度控制阶段 为 了使带钢在咬入卷筒前 有良好的运行状态 因此 输出辊道和夹送辊的运行 速度要大于带钢出精轧机末端时的速度 这样 在带钢前后由于有一定的速度 差而产生一定的张力 使带钢良好的前行 同时 由于带钢头部在卷筒处咬钢 前经过夹送辊 其速度已经为超前速度 因此 为了使带钢更好的咬入卷筒进 行卷取 卷筒的速度也要设定为超前速度 并且要稍大于夹送辊的速度 输出 辊道 夹送辊和卷筒速度的设定值为带钢出精轧机末端机架的速度再加上一定 比例的速度超前率 该超前率由控制台分别给定 该速度控制过程直到带钢在 卷筒处建张 产生信号时结束 第二个速度控制阶段 为带钢尾部穿出精轧机末端机架时 卷取机又从张 力控制方式切换到速度控制方式下 此时由于带钢尾部已经离开精轧机末端机 架 因此 带钢尾部和卷筒之间的张力要由速度差来提供 这样才能保持带钢 尾部的良好卷取 由于此时卷筒为带钢提供了一个向前的张力 为了保持带钢 内蒙古科技大学课程设计论文 6 平整 要在带钢尾部加一定向后的张力 此张力由输出辊道 夹送辊 助卷辊 与卷筒之间的速度差提供 因此 在这一阶段的速度控制中 卷筒的速度与带 钢从张力控制切换到速度控制时的大小一致 而输出辊道 夹送辊和助卷辊的 速度要滞后于这一速度值 具体的滞后率由控制台分别给定 这样 在卷筒和 输出辊道 夹送辊和助卷辊之间就产生了一定的速度差来提供带钢需要的张力 随着卷取过程的进行 带钢的速度逐渐的减小 直至带钢卷取完毕 内蒙古科技大学课程设计论文 7 2 工艺设备及控制系统设备简介工艺设备及控制系统设备简介 2 1 卷取机组成卷取机组成 卷取机主要有侧导板 卷筒 助卷辊 夹送辊 运卷小车 快速链 搬运 机 慢速链 托卷机收集台架等 2 2 电气传动系统配置电气传动系统配置 2 2 12 2 1 直流调速直流调速 卷取区直流传动设备采用国产 Z 系列和 ZZJ800 系列直流电动机拖动 选 用德国西门子公司的 6RA70 系列全数字式直流调速装置供电 直流调速装置 进线侧采用公共整流变压器及进线电抗器 卷取机的调速装置内配有 T400 工艺板及卷取控制软件 它是 SIMADYND 系统新一代工艺类型产品 32 位 CPU 板具有极高的运算能力和强大功能 实 现卷取机的张力控制 卷径计算 动态及空载补偿 摩擦力矩补偿 弯曲力矩 补偿等功能 2 2 22 2 2 交流调速交流调速 辅助的交流调速设备如输出辊道 机上辊道 导向辊传动 助卷辊辊缝调 整 夹送辊辊缝调整采用国产 YSG 或 YTSP 系列交流变频异步电动机拖动 选用德国西门子公司的 6SE70 系列全数字式交流变频调速装置 采取公共整流 变压 器 公共交流母线 变频器入口侧加进线电抗器的形式供电 交直流调速 装置通过通讯板 CBP2 作为从站上挂到卷取区自动化控制系统的分布式现场总 线 PROFIBUS DP 网上 通过 PROFIBUS DP 协议与自动化控制系统进行过 程控制数据及控制命令的交换 内蒙古科技大学课程设计论文 8 3 自动化控制系统组成 功能及设计思路自动化控制系统组成 功能及设计思路 3 1 自动化控制系统组成 功能自动化控制系统组成 功能 卷取区自动化控制系统设有 S7 400 PLC 一套 S7 300 PLC 一套 操作 员站 HMI 一套 卷取区自动化系统采用分布式结构 PLC 与远程 I O 站 ET200M 及传动装置通过过程现场总线 PROFIBUS DP 通讯 CP443 1 通讯 模块将 PLC 联接到工业以太网 Industrial Ethernet 与全线的 S7 400PLC 及 HMI 通讯 S7 400 PLC 主要完成卷取区与带卷运输区设备自动及手动逻辑控制 速度 及张力给定控制 层流冷却控制 机前机上导尺的开口度 APC 控制 夹送辊 及助卷辊辊缝 APC 控制 卸卷自动手动 控 制 快 速 及 慢 速 运 输 链 APC 控 制 PROFIBUS DP 及工业以太网数据通讯控制等 S7 300 PLC 主要完成卷取区传动液压站控制 PROFIBUS DP 与主站 S7 400 的数据通讯控制等 操作员站 HMI 设置在卷取区操作台上 主要包括卷取区主画面 卷取区 轧制程序表画面 卷取区设定画面 趋势图画面 卸卷状态画面 运输链画面 液压 润滑站画面 故障报警一览表等动态显示及设定画面 3 2 卷筒速度控制思路由来及控制框图卷筒速度控制思路由来及控制框图 卷取机控制框图 内蒙古科技大学课程设计论文 9 P 28 卷卷径径计计算算速速度度计计算算 摩摩擦擦转转矩矩 弯弯曲曲转转矩矩 P 28 动动 静静态态转转动动 惯惯量量计计算算 张张力力转转矩矩 转矩 设定 电电流流控控制制器器 加加速速设设定定 实实际际卷卷径径 实实际际速速度度 夹夹送送辊辊 速速度度 反反馈馈 M 加加速速度度设设定定 来来自自基基础础自自动动化化 附附加加 转转矩矩 速速度度控控制制器器 转转矩矩设设定定 Mfc Mb Maoc Madd M1 T400 CUVC 根据上面的框图可知抽象出卷筒速度控制方块图如下 光电码盘光电码盘 CUVC 卷筒电机卷筒电机 T400 内蒙古科技大学课程设计论文 10 4 卷轴速度控件说明及其主要控件型号简介 卷轴速度控件说明及其主要控件型号简介 4 1 SIEMENS T400 简介简介 T 400 工艺模板是西门子 SIMADYN2D 全数字控制系统的新一代工艺类产 品 它是为西门子交流传动装置和直流传动装置设计的标准选件板 进行高级工 艺控制 T 400 是一个独立的单板计算机 它采用 32 位的 SIMADYN2D 处理器 通过双向随机存储器口与传动装置中的计算机通讯 具有强大的计算能力和极 高运算速度 可以完成工业控制中的多种控制任务 用户在使用过程中只需了 解它的接口 便可掌握其使用方法 T 400 工艺板有 8 个数字量输入口 4 个 数字量输出口 也可以设置成数字量输入口 5 个模拟量输入口 2 个模拟量 输出口 2 个继电器输出点 2 个光电编码接口 1 个标准的 RS485 和 1 个 RS232 串行通讯接口 借助于这 2 个接口可用控制面板或监控软件 SIMOVIS 监视和修改参数 1 个 USS 串行通讯接口 可以建立起速率达 187 5 kbit s 的数据信道 经由高速的现场总线网络与上位机连接 另外还有 2 个绝对式 光电编码器接口 4 2HGJ R 型热金属检测器型热金属检测器 4 2 14 2 1 概述概述 HGJ R 型热金属检测器是在 R 型的基础上进一步改进而成的 HGJ R 型热金属检测器是为 700 热连轧机配套的自动化检测仪表之一 主 耍用于跟踪和检测钢坯 板 位置 于 76 年初研制成功 并在我国目前轧钢自 动化程度较高的鞍钢半连轧厂及首钢轧钢厂 300 车间生产线上投入运行 通过 生产运行证明 R 型 热检 灵敏度高 运行可靠 寿命较长 维护调整方便 受到现场的好评 为了使 热检 在结构上 质量上进一步提高 我们又研制 了 R 型 热检 R 型相比 结构进一步简化去掉了水冷 还加装了指示灯 便 于安袭调整及故障判断 另外在造型上也由园型改为方形较为美观 目前 HGJ R 已由生产厂在批量生产 国内有些钢厂正在使用 内蒙古科技大学课程设计论文 11 4 2 24 2 2 灵敏度灵敏度 HGJ R 型 热检 系采用高灵敏的硅光敏三极管 3DU33 输入光流只要 大于 10 毫安 继电器即能可靠动作 继电器采用 JJDZ3 33 小型中间继电器 工作电压 12 伏 电流 80 毫安 节点开断容量 100 伏安 热检 的灵敏度与 金属的温度与体积大小有直接的关系 4 2 34 2 3 环境温度环境温度 10 60 由于 热检 采用了铝合金外壳 有良好的散热性能 所以环境温度偏高 时 热 检 仍能正常工作在精轧入口前的一台距离钢板 4 米左右 斜线距离 钢板温度一般都要在 900 以上 在既无水冷又无风冷的情况下 曾连续工作 达 10 个月以上未进行过一次维修 4 2 44 2 4 传输距离 传输距离 可达 300 米以上 为了考核 热检 的长线传输性能 在试验室曾做过 300 米的长线试验 在距离 热检 1 米内频繁启动电钻及三相闸刀 均未发生因干扰而出现误动作 现象 4 2 54 2 5 输出形式输出形式 1 继电器接点 开断容量