毕业论文带钢厂650轧机电控系统改造.doc

带钢厂650轧机电控系统改造设计 摘 要当今，在国内数字直流调速器市场上，昂贵的国外产品占据着主导地位，国内产品相形见拙，其根本原因是在十调速技术上的差距。为了缩小这种差距，现在，我国已有数以万计的科技人员和大学师生从事不同层次的人工智能学习，研究与应用，希一望抓住把智能技术这一新兴学科引入到控制领域的契机。本论文也主要是从事于此类的研究。本文针对冷轧带钢厂五机架主传动的生产工艺和现状，应用变频调速和PLC控制技术，完成带钢厂650轧机电控系统改造设计。本文设计并实现了基于欧陆590变频器的直流电机的调速方法，并给出了欧陆590实现机架间张力控制的方法选择及分析，在此基础上以实现对冷连轧生产工艺要求和方案选择。结合PLC控制技术与欧陆590直流变频器控制冷连轧传动的生产。590是用于直流电机控制的全数字智能化调速装置，通过对590软硬件功能的分析，研究在卷取机速度与张力控制上的两个应用方案，说明了590在卷取机等设备控制上的一阔应用前景。对本文提出的直流调速系统中的欧陆590的软硬件设计，为最优控制方案的确定提供科学的依据。研究结果表明采用欧陆590的直流调速方法明显提高了调速系统的性能，智能技术的引入确实是提高控制性能一种可行方法。关键词：直流调速；变频；智能控制；欧陆590；PLCStudy On 650 Stell Rolling Mills Modification Of Electric Control System Abstract Today, digital DC speed controller in the domestic market, the expensive foreign products occupy a dominant position, pales beside domestic products, the fundamental reason is the technological gap between the ten speed. To narrow this gap, and now, China has tens of thousands of scientists and university teachers and students engaged in learning at different levels of artificial intelligence, research and application, looking to seize the hope of a new discipline to the introduction of smart technology to control this area of opportunity . The paper also mainly engaged in such research. In this paper, five stand cold rolling mill main drive of the production process and the status quo, application frequency control and PLC control technology, complete with 650 steel mill electric control system design. Designed and implemented based on the European 590 speed DC motor drive, and gives the European Interstand Tension Control rack 590 to achieve the method selection and analysis, on this basis to achieve the production process of cold rolling requirements and program options. PLC Control with DC inverter control 590 and the European drive the production of cold rolling. DC motor control 590 is used for all-digital intelligent speed control devices, hardware and software features through the analysis of 590 study the coiler speed and tension control on the two applications, described in the coiling machine and other equipment 590 control of a wide application prospect. On the proposed European DC Speed Control System 590 software and hardware design, to determine the optimal control scheme to provide a scientific basis. The results showed that 590 of the DC converter using European methods significantly improve the speed performance of the system, the introduction of smart technology is indeed a feasible way to improve control performance. Key words: DC converter; frequency; intelligent control; Euro 590; PLC 朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典目录目录31绪论61.1 引言61.2 冷连轧机简介72主传动系统82.1 卷取过程中带钢受力分析82.1.1 带钢所受张力82.1.2 带钢所受压紧力102.2 系统控制方案102.2.1 传动控制系统的规则102.2.2 张力控制的方法113欧陆590直流驱动器113.1欧陆590的基本概念113.2欧陆590的基本结构123.3电动机电枢控制类型123.4轧机的带钢张力及调整133.5欧陆590轧机的张力控制原理133.5.1相加模块133.5.2输入输出模块143.5.3速度回路模块153.5.4电流回路模块163.5.5斜坡模块203.5.6点动/爬行模块214五机架冷连轧带钢的张力调节214.1张力调节的意义214.2张力调节的分析214.3 650五机架冷连扎机的张力调节224.4 卷取机的给定计算234.4.1 静态补偿和动态补偿244.4.2 卷取/开卷恒励磁张力调节分析254.4.3 带钢扎线的运行操作254.5机架速度的手动干预264.6 机架间张力控制274.6.1 机架间张力设定274.6.2 转数数字校正275 用欧陆590实现冷连轧机机架间的张力控制275.1小型冷连轧机张力调节275.2 小型冷轧机速度给定295.3 用590实现冷连轧张力调节295.4 调节系统几个环节的说明315.5 冷连轧调试326 PLC可编程控制器的基本结构及原理336.1 PLC的基本组成与各部分的作用336.1.1 PLC的基本组成336.1.2 PLC各部分的作用336.2 A/D和D/A转换概念356.2.1 A/D和D/A转换原理356.2.2 模拟量输入输出系统356.2.3 输入输出数据的处理356.3 Siemens S7一200系列PLC366.3.1 SiemensS7一200系列PLC特性366.3.2 SiemensS7一200主要功能摸块介绍366.3.3 Siemens S7一 200PLC的工作原理376.3.4 主电路图386.4 程序设计406.4.1 PLC编程软件介绍概述406.4.2 程序设计40小结44致谢45参考文献46附录1：47附录2：481绪论1.1 引言由于某带钢厂650冷连轧机组的传动系统和基础自动化设备的老化，决定对650轧机电控系统进行改造。冷轧机是冷轧生产的主体设备，为了满足冷轧带钢生产的品牌规格，质量及不同生产规模的要求，冷轧带钢生产工艺经历了从单张到成卷生产的变革，由可逆式连轧到全连续以及联合组的发展中形成了各种形式，不同特色的冷轧机，现代冷轧机的装备水平也有了很大的提高，并趋向高效率，高质量，连续化和自动化。冷轧机成为现代钢铁工业中高效率生产设备之一，是钢铁工业技术发展和装备水平提高的一个重要标志。从轧辊，辊系看，二辊式冷轧机是早期出现的结构形式最简单的冷轧机，辊径大，咬入性能好，轧制过程稳定但是轧机度小，轧制产品厚度大，精度差。随着轧制带钢厚度的减薄宽度的增加，产生了四辊式冷轧机，四辊式冷轧机一般多采用工作辊传动，其工作辊和支持辊直径之比1：3，机架具有较大的刚度，可逆轧制厚度为0.53.5mm。为了进一步满足工艺要求又生产了多辊轧机，早期是六辊式和十二辊式，20世纪末普通使用的排列顺序为1234的森吉米尔型二十辊轧机即每个工作辊里由2个第一中间辊，3个第二中间辊和4个外支持辊支承。最后组装到整体机架中可以轧制0.0020.2mm的极薄带钢和变形困难的硅钢，不锈钢，以及高张度的镍合金材料。a-2 轧辊 b-4 轧辊 c-6 轧辊 d-12 轧辊图 1.1 冷轧机轧辊布置从机架布置形式看，冷轧机的早期形成都是单机架形式，生产工艺由单张生产发展为成卷可逆式生产。可逆轧制是带钢在机架上往复地进行多道次的轧制，这样每个道次都要起动，加减速停车和换向，由此可逆轧制限制了速度和生产能力的提高，且在带钢头尾部的加减速段厚度超差也是不可避免的，导致了产品质量性能提高，半列式布置的连轧机适应了生产能力和产品质量不断提高的需要是一种高效率生产的冷轧机。因此在20世纪60年代，世界上经济发达国家都新建成一大批冷轧机，冷轧机的装备形成经历了3次变化。1.2 冷连轧机简介钢铁的冷轧于 19 世纪中叶始于德国，美国于 1859 年制造建成了 25mm冷轧机，1887年生产出宽 150mm 的低碳带钢，随着技术的进步冷轧机增加了剪切、矫直、平整、热处理、等设备，产品质量有了很大的提高。冷轧技术相对于热轧技术具有很多优点，尤其是生产长度大厚度小的薄板的时候，消除了钢材在热轧过程中的降温和温度分布不均带来的生产难题。防止板材在热轧过程中被氧化，冷轧板材性能好，品种多是冷轧技术的另一个优点。冷轧机由入口侧的钢卷接受以及运送装置、开卷机、轧机、卷取机和钢卷输送装置等机械设备以及各个设备的驱动、控制、监测仪表、和润滑装置等装置组成。最早是只有一台开卷机和卷取机的常规式冷轧机，以后发展为两台开卷机和卷取机的改造式冷轧机，同时采用了液压下快速换辊，辊和自动控制新技术。使轧制速度提高（3541.6 m/s），卷重增加（4560 t），且产量提高2530 %以上。但它们都是采取单卷轧制工艺，第三代可连续冷轧机则使冷轧工艺实现了无轧制。目前在世界范围内，可连续形式也有了3种连续形式，即70年代期间的只有冷轧工序本身连续的冷轧机，80年代出现的由冷轧连续的联合机组（CDCM）和冷轧一连续退火的全过程连续的联合工艺线（FIPL）1。机组由五个机架，一台开卷机，一台卷取机组成，设计能力年产2.9万t，最高轧速4. m/s。主要轧制300520mm宽的普碳钢板带，成品厚度0.22.0mm,采用2.44mm热轧板卷，经剖切，开坯等头部工序，有五机架一次轧成。图 1.2 常规 5 机架冷连轧机布置示意图压下机构由蜗轮，蜗杆，交流电动机组成，机旁手动操作。上、卸、卷、进、出料均由液下传动，机旁手动操作。机组的升降速由统一的同步给定控制，它是由PLC按秒流量相等原则计算分配给各机架的速度给定。机架间张力经张力计反馈，张力偏差经补偿直接校正机架速度。末机架出口装有一台测厚仪用于监测成品厚度。 根据改造合同要求，本改造包括：(1) 轧机主传动控制系统；(2) 开卷、卷取机控制系统；(3) PLC控制系统三大部分。2主传动系统2.1 卷取过程中带钢受力分析2.1.1 带钢所受张力卷取机在卷绕带钢的时候必须有一定的卷取张力。卷取张力的值的大小取决于卷取机的工作状态和产品规格，设定张力过大会破坏产品内部组织结构，并且使设备电机容量增大，反之过小的卷取张力设定也会影响产品的质量，可以造成带钢跑偏，松卷等现象，可见卷取张力过大或者过小均会影响卷取机的正常工作。带钢所受张力的产生原理是由于带材在轧机出口处的线速度低于卷取机入口处线速度。这两点间速度差的积分用来描述带刚张力模型。如图 2-1 所示为轧辊与卷筒之间的带钢的线速度差示意图。 图 2.1 线速度差示意图张力理论公式为： （2-1）T-带材所受的卷取张力 单位为 kg-带材截面积 单位为 l-卷筒与轧辊之间的距离 单位为 mmE-带材的弹性模数 -卷取机建立张力的时间 单位为 sV-轧辊上带材的线速度 单位为 mm/sV -卷筒上带材的线速度 单位为 mm/s由公式(2-1)所示当VV的时候再卷取带材的时候才能产生卷取张力，并逐渐加大，如果VV则卷取过程没有张力无法保证卷取质量。由上式可以看出，带材作为卷取张力调节对象的时候，是一积分环节，所以当带材的张力达到工艺所要求的张力给定值时就应该及时调整V，使卷筒的线速度V保持稳定，此时就可以保证带材在给定的张力值下正常卷取。显然在稳定运行中，无论轧辊还是卷筒的转速发生改变都会引起V和V的变化进而引起卷取张力的变化。卷筒上带钢的线速度V和卷筒的转速n由公式(2-2)确定。V =Dn (2-2)D-钢卷直径 单位为 mmn-卷筒转速 单位为 r/min由公式(2-2)所示卷筒上带钢的线速度V与钢卷直径成正比关系，所以随着钢卷的直径不断加大V也不断加大，那么由公式(2-1)可知必然使卷取张力不断加大，这在生产环境中是绝对不能被允许的，因此在实际的生产过程中，卷筒的转速n随着钢卷直径D 的加大是不断减小的以保证V恒定。从而保证卷取张力恒定。实际设定卷取机的工作张力不能超过带刚的屈服极限，对经过轧制的带钢，由于钢内部组织晶粒的再排列，有一个加工硬化过程，引起屈服强度的增大，根据轧制规程制定的总压下量的不同，有不同的变化值，卷取机设定的工作张力也不同。因此应根据生产线的产品品种与规格来综合考虑设定卷取机的工作张力的大小。一般选取工作张力的公式为公式(2-3)。T=（0.15-0.6） (2-3)T-卷取机工作张力 单位为 kg-带钢的屈服极限 单位为 kg2.1.2 带钢所受压紧力为了使带钢能够顺利卷入卷取机，在卷取机前端设有夹送辊，夹送辊采用不同的辊径，上辊大，下辊小，这样可以使带钢经夹送辊后利于产生向下弯曲的弹性塑变，从而得以顺利地进入卷取机。当夹送辊的最大夹紧力是根据最大卷取张力下带钢与夹送辊之间不产生打滑来设计的。公式(2-4)为压紧力计算公式，对于一些厚带钢，高强度，高韧性钢，由于张力值增大，可能会产生夹紧力不足，这样会导致带刚头弯曲不足，不能顺利进入卷取机，会造成卷形不良，甚至废卷，使带钢头部对导向板，助卷辊，卷筒等的冲击力非常大，很容易损坏设。P= (2-4)T-为带钢的张力 单位为 kg-上下夹送辊与带钢之间的摩擦系数，一般取 0.2-0.3根据卷取工艺的不同，在整个卷取过程中带钢要经过轧辊、张力辊、夹送辊、助卷辊等，因此带钢经过这些滚筒的时候还要受到相应的滑动摩擦力。在卷取过程中已经成卷的带钢不同的带钢层之间还有可能有摩擦力，这些摩擦力的计算需要根据加工的带钢品种和轧制速度的不同进行。2.2 系统控制方案2.2.1 传动控制系统的规则轧机主传动由三台630 kW，二台500 kW, 440 V/1000 r/min的直流电动机及直流驱动器组成。为满足高速、快速停车时制动力矩的需要和方便反向冲动操作，主回路采用4象限直流驱动器，可选西门子6RA70系列或欧陆590系列直流驱动器，本设计采用欧陆590系列直流驱动器；(2) 交流侧电抗器、熔断器、断路器、快速开关（过电流保护用）、接触器，直流侧电抗器按所选驱动器要求设计；(3) 非独立励磁，基速以上保持反电势恒定，弱磁升速。基速以下额定励磁，调压调速；(4) 速度指令包括同步速度给定，正反冲动给定和张力校正给定三部分，同步速度给定由PLC发出，给斜坡处理后输入；(5) 设有PI张力调节器将发生的张力调节器输出用于校正机架速度；最大校正能力20 %。(6)选取电动机驱动器时，驱动器额定电流至少应等于电机最大电枢电流 RPM/VMN (2-5) 式中：PM电机输出功率；VMN电机额定电压。驱动器输出励磁电流至少应等于电机的额定励磁电流。开卷、卷取机各一台1000 kW，400 V/1200 r/min的电流电动机及支流驱动器组成。2.2.2 张力控制的方法采用最大力矩法，控制开卷，卷取机电动机，张力a/D,其中为励磁，Ia为电枢电流，D为卷径；即基速以下，保持 (2-6)Ia C式中：C为常数，基速以上，保持Ia C (2-7)C式中：C为常数, (2) 速度指令包括1#/5#机架速度，正、反冲动给定和联动时的速度给定三部分；(3) 采用光电脉冲发生器的卷径测量装置；(4) 力矩设定包括张力矩，动态力矩补偿，静态力矩补偿三部分；采用张力计反馈的张力调节器实现张力偏差的PI调节。3欧陆590直流驱动器3.1欧陆590的基本概念590系列电动机速度控制装置，是作为与配套控制设备安装在标准在标准箱内的部件而设计的。控制装置使用交流110500 V的3相标准电压，提供直流输出电压和电流，用于电枢和励磁，适用于直流他励电动机和永磁电动机的控制。3.2欧陆590的基本结构590系列的控制，是用16位微处理器实现的。它具有许多先进性能:(1) 复杂的控制算法，这是简单的模拟技术无法实现的。(2) 标准软件模块与可组态的软件控制电路相结合。(3) 通过串行线路，可与其它传动装置或主计算机通讯，能构成先进的过程系统。图3.1590控制板3.3电动机电枢控制类型电动机电枢控制装置，有再生和非再生两种型式。非再生控制装置，由一个全控晶闸管桥构成，具有瞬态过载保护和配套的电子控制电路；在一个选定旋转方向上，提供精确的速度和转矩控制。再生控制装置，由两个全控晶闸管桥和高级的电子控制装置构成，在两个旋转方向上，能控制加速和减速，以及速度与转矩。3.4轧机的带钢张力及调整在既定设备条件下,工艺操作和工艺参数管理对设备能力和产品质量的提高都起着十分重要的作用。在可逆式轧制生产中,工艺管理的主要项目是在压下规程、辊型控制和带钢张力的调整。这里主要阐述带钢张力的调整,系统的结构图如图3.2所示。图3.2系统的结构图各种型式的电枢控制装置，都配备励磁调节器作为标准部件。该调节器，由一单相全波半控晶闸管桥构成，有瞬态过载保护。该调节器提供固定的电压源或电流源，取决于所选择的恒转矩运行方式，励磁电流工作方式，还可以进一步得到加强，以便为要求扩大速度控制范围和恒功率控制的系统，提供一个削弱磁场的范围。控制电路与电源电路完全隔离，从而简化了系统内部控制装置之间的接线，并改进了操作安全性；所有装置都设计为使用插销的简单而经济的面板安装方式；在整个范围内，都采用标准化零部件，可减少维持多传动系统运行所需的备件品种；起动和确定故障，有人机接口显示，自动显示第一次故障。3.5欧陆590轧机的张力控制原理3.5.1相加模块欧陆590直流驱动器,内部有36类功能模块,用户通过模块组态可满足各种传动特性的要求。590提供两个相加模块，功能相同。通过相加模块，用户可设定三路给定。其中一路可以通过由电位器给定，也可由其他模拟量输出设备给定，这样就可以得到正确的求和值。图3.3为相加模块的组成3.5.2输入输出模块模拟量输入共有5个模块，模拟量输出有3个模块。功能如图3.4和3.5所示：图3.4 模拟量输入模块图3.5模拟量输出模块3.5.3速度回路模块速度回路可设定4路输入，如图3.6中共有4路输入，输入经停车斜坡处理后，与速度反馈相减，速度偏差经PI补偿后输出。速度反馈方式由参数选择，分电枢电压，测速机及光电脉冲发生器三种。图3.6速度回路模块组块 停车逻辑InOutT2T1T1停车时间，T2可编程停车时间，In速度给定，Out输出图3.7速度回路模块组成3.5.4电流回路模块电流回路主要包括电流给定限幅（速度回路输出限幅），电流反馈及电流偏差PI补偿三部分。在卷取/开卷工作方式中，速度环饱和，张力电流给定经由正向电流限幅及反向电流限幅进入电流回路。电流曲线主要是限制弱磁升速阶段的电枢电流值。弱磁升速阶段，支流电机换向器的换向能力弱，应限制电枢电流值。图3.8 电流曲线阶跃给定经斜坡处理形成斜坡输出或S曲线输出。S曲线可实现无级加减速，得到平滑的速度变化，消除负责加减速度的突变过程。采用S曲线还可减小加减速过程中的机械应力，延长设备使用寿命。图3.8为线性加速过程，加速度,速度。图2.8为S曲线加速过程，其中 ab段：a=k1t k1t2bc段：k2 v0+k2tcd段：k2k3t k2t1/2*k3t2因此，整个加速过程ab段分成三部分，形成的速度变化像S字母，称之S曲线。采用S曲线，并不一定延长加速时间。实际应用中，往往不用S曲线和用S曲线的加速时间是一样的，甚至用S曲线可以缩短加速过程。这是因为加速端和减速端的平滑，中间线性段可用与Imax对应的最大加速度。而当用S曲线时，考虑到加速和减速两端的实际允许，整个加速过程反而受到限制，延长了加速时间。ta(t)V(t)t图3.9 线性加速度tU(t)ta(t)图3.10 S曲线通过对本模块的配置，表3.1，系统可工作在速度控制方式或张力控制方式。在速度控制方式中，还可以选择速度回路给定量。表3.1 速度/张力控制方式选择模式编号工作方式228起动C3点动C4速度回路给定1运行0有效无效斜坡输入52爬行10有效有效5+2533爬行21有效无效5+2544点动10无效有效218点动15点动21无效有效219点动2表中模式1、4、5是速度控制方式，用于穿带、点动或要求低速运行的场合。进入速度控制方式时，必须给卷径记忆设置一个初始值。表中模式2、3是张力控制方式，由于速度回路给定增加了爬行1或爬行2，v*v。图3.11 电流回路模块组成计算得到的n*始终大于实际转速反馈n，速度环饱和，电流环给定是正向电流限幅值（卷取）或反向电流限幅值（开卷），Ia=TD，满足恒张力控制条件。3.5.5斜坡模块最小速度驱动器始能斜坡输入图3.12 斜坡模块组成图3.13 实际加速时间=（1+%s曲线）*斜坡加速时间无论大型高速冷连轧机或是小型低速冷连轧机，有一个共同点是必须满足冷连轧工艺中的“金属秒流量相等”的原则。所谓“秒流量相等”既是在单位时间内流出每一架轧机的带钢体积是相等的，可写成：h1v1=h2v2=h5v5，式中h1h5第1机架至第5机架带钢出口厚度，v1v5第1机架至第5机架带钢出口速度。3.5.6点动/爬行模块图3.14 点动/爬行模块4五机架冷连轧带钢的张力调节4.1张力调节的意义如果在轧制过程中不能保证秒流量相等的原则，那么就会造成拉钢或堆钢，使连轧难以进行。4.2张力调节的分析张力调节的手段有两个，一是调整压下量，以改变带钢轧出厚度h来保证秒流量相等；另一个是用调整轧辊线速度v的办法来调节带钢张力。中小型低速轧机常采用调速方法。650mm五机架冷连轧机在单机系统的最外环采用张力调节器。通过张力调节器将五个机架联成一个整体。张力是由相邻机架带钢出口和入口线速度差引起的，线速度差与张力之间的传递关系是一个惯性环节，故张力调节器采用比例积分调节器，带自动投张装置的张力调节器控制张力调节环的投入及进行张力自动调节。它由张力投入环节和张力调节环节组成。张力投入环节的作用是当张力上升到接近给定值时，将张力调节环节的锁零解除，使张力调节环节投入工作，张力投入环节可由PLC来实现。张力调节环节的作用是维持机架间带钢张力恒定。由于轧制工艺参数变化（如来料厚度变化），相邻两机架的带钢秒流量就发生变化，则张力就会发生波动。以第i机架为基准机架，当第i架与i-1机架间带张力平衡破坏，张力反馈量发生变化，通过张力调节器输出量的改变，使i-1机架电机速度作相应变化，从而使张力恢复到原来值。4.3 650五机架冷连扎机的张力调节650毫米五机架冷连机采用以第3机架作为速度基准机架，在此机架上不设张力调节器。第3机架为基准机架的优点是可以减少张力受相邻机架张力调整的影响，有利于提高张力控制精度。当外扰量影响带钢秒流量相等时，通过调节相应机架的轧辊速度来保证张力恒定，重新达到秒流量相等。但是， 由于多机架在调节中有其特殊性，即调节某两个相邻机架间带钢张力时要影响其他机架间的张力。当1-2机架间或4-5机架间的张力T1-2或T4-5变化时，则分别调节第1及第5机架的轧辊转速即可恢复到原张力值。但当T1-2或T4-5变化时，则分别调节第1及第5机架的轧辊转速即可恢复到原张力值。但当T2-3或T3-4张力发生波动时则应调节第2或第4机架的轧辊转速，保证T2-3或T3-4张力恒定，但由于第2或第4机架转速变化后的，即破坏了已经恒定的张力T1-2或T4-5,这样，T1-2或T4-5也要在作相应的调整，造成连轧机张力波动变大，产生不良影响。因此，在第2和第4机架的张力调整器输出上设置相关校正环节。所谓张力相当校正就是当T2-3张力变大后，第2机架张力调节器输出量在调节第2架主电机升速的 同时，送一信号到第1架主电机，先将第1架主电机速度往上调起来，使T1-2张力向增大方向变化。只要补偿得当，就可做到相互间影响很小，这样的控制称为张力前馈控制。一般校正信号的量，先在3040 %左右为宜，以达到缓和相关张力的影响，适当改善张力波动的目的5。图4.1为五机架张力控制系统示意图。vi第i机架带钢出口线速度；ni第i机架电机转速；SPi第i机架速度调节系统；vgi第i机架速度给定；CTi第i机架张力调节器；Tgi第i机架张力给定；Tfi第i机架张力反馈信号；FXi第i机架倒相器；TCi第i机架张力计；DG给定积分器；Vgi第i机架送出的给定张力相关校正。图4.1 650 mm五机架冷连轧机张力控制系统4.4 卷取机的给定计算每台卷取机是由双电机传动的，这比单电机传动转动惯量小。卷取机只有一个方向是主工作方向，它对应张力卷取方向，另一个方向是非工作方向。所以它的供电可采用反，正向非对称桥供电。一般工作向是双桥并联，非工作向是单桥。非工作向桥用于钢带喂入、停车提供制动力矩等辅助工作。要求卷取机与主轧机同步工作，并且在任何情况下，加速、减速、轧制中永远保持钢带张力恒定，它是保证产品质量的关键设备。速度给定结合点包括：正反向电动、来自5或1机架的线速度、建张时，使速度调节器饱和的v给定。建张时，速度调节器饱和，其限幅值作为张力给定。限幅值包括张力给定转矩、张力补偿转矩、动态，静态补偿转矩。开卷，卷取机由速度控制切换到张力控制，或由张力控制切换到速度控制切换由PLC控制。为达到无扰动控制，通过对实际张力检测，当实际张力接近设定张力时，由PLC发出指令，投入v，使速度调节器饱和。由张力给定回路提供速调输出限幅值。切张时，先撤v，然后切断张力给定回路，速度调节器进入正常运行状态。4.4.1 静态补偿和动态补偿静态补偿可按开卷、卷取机的空载电流折算成转矩给定，即，动态补偿转矩dv/dt (4.1)开卷机张力给定M=MT-Ma-M0 (4.2)卷取机张力调节说明：(1) 模拟量输入A3作为张力反馈，C8控制PID有效。(2) C3=ON时，驱动器进入运行状态。C4=ON时，点动有效，设置参数等于0（点动模式选择）。这时应将C4改成投张。在上述条件下：如果A4输入（线速度给定）=0，系统进入点动状态。如果A4输入0,系统进入投张状态。由于附加速度给定存在，计算的应大于实际速度反馈值n，速度环饱和。速度环输出的限幅值作为电流给定，系统进入张力控制状态。机架间张力调节说明：(1) 首先将本机架速度给定值、张力设定及反馈、本机架速度微调经相加模块1输出作为速度给定1。(2) 其次将Vg4或Vg2(模拟量输入2)作为速度给定2，再将速度给定2与速度给定1经相加模块2输出，作为速度总给定。(3) 速度总给定，减去速度反馈，经限幅后，作为电流回路的给定。4.4.2 卷取/开卷恒励磁张力调节分析1，+10V；2，点动；3，上/下卷取；4，预置允许；5，+24V；6，运行；7，张力补偿投入；8，直径值显示；9，张力值显示；10锥度设定；11张力设定；12线速度反馈；13，放大器；14张力传感器；15，外直径预置图4.2卷取/开卷恒励磁张力调节系统此控制指控制开卷、卷取、五机架驱动器上电顺序及单机保护的开卷量控制。当风机启动，快熔正常，电机转速给定为零信号，控制电源开关合，接触器合，各驱动器自检正常，联锁信号进入PLC后，经PLC逻辑判断后可允许起车。单机操作在操作点上，适用在检测后，正式开车前的电动操作。当把操作台上的方式选择转换到点动位置，系统工作在点动方式，同时断开联动控制信号。如需要调试那台单机，操作人员可在其操作点上按点动上升或点动下降按钮，点动信号进入PLC,由PLC去控制驱动器。当各单机正常、乳化值、液压、齿轮、电机润滑正常，各机架电机运行等联锁准备好，这时可进行轧线运行操作。4.4.3 带钢扎线的运行操作轧线运行操作主要有穿带、升速、降速、保持、常数运行、停车、快停等组成。以上操作切在操作台上进行。操作时首先将方式选择开关转到联动位置，同时断开点动控制信号，然后按下穿带按钮，穿带信号进入PLC，执行穿带指令。PLC输出5个同步给定信号至驱动器输入端，系统将以零开始起动直到穿带速度，穿带速度由操作人员通过PLC设定。穿带结束后，按下升速按钮，PLC执行升速程序，在穿带速上执行升速，各机架按金属秒流量相等的原则，按一定比例升速，直至各自的设定值，然后电机定速运行。当需要降速时，按下降速按钮，电机将从稳速段降速，直到出料速度，系统设定出料速度与穿带速度相等。出料结束后，按下停车按钮，系统执行联合停车，直至电机的转速降为零。在升速过程当中，当电机转速还没有升速到设定值，而需要在某一常数段稳定运行时，可按下保持按钮，电机速度将不在上升，而在此常数段运行。在升速过程中，可多次实现常数运行。同样在降速过程中，也可多次实现常数运行。升速、降速均按恒加速运行，可设定多套加速度，由操作台选择。为满足非重大事故时快速停车的需要，系统设置快速停车功能。有操作人员在操作台上操作快停按钮，系统的允许的最大速率降到零。4.5机架速度的手动干预手动干预分为逐级控制和单调控制。系统设定，单机微调范围为当前速度值的5 %，操作人员将根据张力计指针波动情况进行速度的手动干预本系统以第三机架为基准机架，为保证第三机架速度恒定，向两侧调整。如：当二、三机架间张力波动过大操作人员根据张力计指针波动来操作第二机架的速移拨动开关，速移信号进入PLC，执行速移控制，对第二机架的速度进行调整，调整量的大小取决于拨键的接通时间，设第二机架的速度调整量为n2,同时，第一机架也以一定比例k1n2作相应调整，k1为比例系数，以维持张力恒定。这样，当手动干预第二机架速度的同时，第一机架的速度也跟着变化。同理，调整第四机架速度的同时，第五机架的速度也跟着变化。单机微调仍保证第三机架速度恒定。当外界干扰，需要对一、二、四、五机架中任一机架速度进行单机微调时，操作人员可操作其单调拨键开关，由PLC执行单调程序进行调节。4.6 机架间张力控制4.6.1 机架间张力设定张力可由操作人台上设置的六个校码开关设定。每个拨码开关为三位BCD码。设定时将各拨码开关校到所设定值，然后按下各张力设定按钮，设定信号进入PLC校张是穿带时所做的工作，当钢带穿入机架时，操作人员发出一张投入信号进入PLC,由PLC发出一数字量信号去驱动张力调节器，将张力投入PLC参与机架间张力的逐级控制。4.6.2 转数数字校正在联合操作过程中，由于测速机的精度满足不了高速轧钢的需要，将加数字校正。各机架测速机端部接光电脉冲发生器，电光脉冲发生器发出的脉冲信号进入PLC的计数通道，计数通道计算的实际速度值与设定值比较后，进入修正，使实际速度达到给定速度值。5 用欧陆590实现冷连轧机机架间的张力控制5.1小型冷连轧机张力调节图5.1为一套五机架全连续式冷轧机组的设备组成。原料板卷经高速盐酸酸洗机组处理后送至开卷机，拆卷后经头部矫平及端部剪切机剪切，板卷在告诉闪光焊接机中进行首尾对焊。1，活套小车；2，活套小车；3，检测器；4，活套入口勒套导装置；5，焊接机；6，夹送棍；7，剪断机；8，三辊矫平机；9，开卷机； 10，机组入口勒导装置；11，导向辊；12，分切剪断机；13，卷取机；14，X射线测厚仪图5.1 五机架全连续式冷轧机组的设备组成示意图在冷轧机组末架（第五机架）与两台张力卷取机之间装有一套特殊的夹送辊与回转式横切飞剪。夹送辊的用途是当带钢一旦被切断而尚未进入第二个张力卷取机之前，维持第五机架一定的前张力。在通常的情况下，夹送辊不与带钢相接触。横切飞剪用于分卷。设置两台卷取机以便于交替卷取带钢。全连续式冷轧机即使在换辊时，带钢仍然停留在轧机内。换辊结束，轧机可立即进行轧制。与常规冷连轧相比较，全连续式冷轧的优点是：(1) 工时利用率大为提高。这是因为：消除了穿带过程所起的工时损失；减少了换辊的次数；节省了加减速的时间。(2) 提高了成材率。减少带卷头尾厚度超差及头尾剪切损失；(3) 轧辊使用条件改善。减少了因穿带轧折与脱尾冲击引起辊面损伤；因加、减速次数减少，也使轧辊磨损减小。结果使换辊次数减少，轧辊的储备和磨削工作量相应地减少，同时也提高了产品的表面质量；(4) 节省劳动力。5.2 小型冷轧机速度给定由于冷连轧机操作工艺复杂，因此机组采用多种速度给定方式，即机组单机动作时的速度给定和机组联动时的速度给定。(1) 机组单机动作时的速度给定。轧机要求能低速正、反转，因此，系统设置了冲动给定，用于处理事故和校正轧机辊缝。操作贿赂里，冲动给定通过单动继电器的分、合来实现给定量的切换。轧机正、反向运转是通过切换电动机磁场来实现的。卷取机(或开卷机)也设置冲动给定，也能进行正、反向低速运转。(2) 机组联动时的速度给定。由于单机系统动态校正时超调量大，速度超调将引起带钢拉断或起套，影响正常轧制，因此，连轧机的速度超调是不允许的。为此，连轧机的速度给定往往需要采用逐渐变化的给定量，如斜坡信号，每个机架按各自的轧制工艺分配的速度给定值取出各自斜坡的信号值，以保证各机架升速同步。由于轧制工艺中各机架速度分配是以成品机架高速轧制时为准的，在轧制过程中各架速度分配不再改变。但是，在轧制中、高速时速度分配比例与低速时不一定一致，因此，经高速时速度分配比例可能造成低速喂料困难，或者根本建立不起张力。为解决这一问题，在每一机架上（除第3机架外）设置了速度微调，以保证穿带和建立张力。5.3 用590实现冷连轧张力调节图5.2为F4机架用活套位量反馈时各输入/输出端的连接。图5.3为F5机架用张力传感器反馈时各输入/输出端的连接。图5.4为张力控制系统原理图。1，转速给定显示Vg4(送F5的给定张力相关校正)；2，HOV；3，运行；4，点动；5，使能；6，反转；7，投张；8，+24V；9，转速反馈显示；10，活套位置；11，张力给定；12，张力给定；13，冲动给定；14，速度微调比例因子；15，活套图5.2 活套位量反馈个输入/输出端连接图5.2中，转速给定是由上位计算机或PLC分配给本机架的转速。调整本机架速度微调比例因子，可本机架转速进行微调。张力PLD输出作为附加转速给定，通过本机架转速调整来进行恒张力控制。因此张力控制是通过在速度环外面增加张力闭环来实现的。卷取/开卷控制系统中，附加速度给定使速度调节器饱和，系统从速度控制状态转变为直接电流给定，进入张力控制状态7。1，+24V；2，投张；3，反转；4，使能；5，点动；6，运行；7，转速给定显示；8，转速反馈显示；9，张力反馈；10，张力给定；11，速度张力；12，Vg4；13，速度微调比例因子；14，去卷取机图5.3 张力传感器反馈输入/输出连接65.4 调节系统几个环节的说明连轧主传动速度给定综合点包括：(1) 正反向点动给定，由PLC给定；(2) 咬钢给定，PLC控制仅在穿带时投入；(3) 速度给定，PLC根据秒流量相等原则计算给定；(4) 张力校正。轧机咬钢后，操作负按下操作点上的校张按钮，把控制信号加入张力调节回路之中，使张力调节器工作，张力设定值与反馈值之差给PI补偿后作为校正值；(5) 张力逐级调节。本控制系统以第3机架为基准机架，如34或32机架间张力设定值与张力实际值出现了差值，为维持各机架金属秒流量的原则，在4或2机架张力调节器给出速度增量的同时，还必须对5或1机架的速度进行调节。速度PID张力PID电流PI-1+-+-+121234567131110981，附加速度给定；2，本机架速度微调；3，来自计算机或PLC转速给定；4，张力给定；5，张力反馈；6，张力给定；7，速度反馈；8，反向电流限幅；9电流反馈；10，速度反馈；11附加速度给定；12，正向电流限幅；13修正参数图5.4 冷连轧张力调节原理图 在张力逐级调节系统中，34或32机架间的张力差F与5或1机架的速度分配系数相乘后，给其速度调节器一个调节增量，使5或1基价的速度接速度分配系数相乘后，给其速度调节器一个调节增量，使5或1机架的速度接速度接速度分配系数跟随4或2机架来维持各机架的金属秒流量相等。速度分配系数与F的乘积由PLC完成。5.5 冷连轧调试(1) 初步设置。各PID调节器参数出厂设定值，相加1模块比例因子208=100 %端A2输入置零。相加1模块比例因子208=100 %端A2输入置零，相加1模块比例因子208=100 %，端A2输入置零。C7=无效，408=0，张力PID禁止。调整张力反馈回路参数，如果用活套位置反馈，校准活套反馈极性，并置活套在中间位置。调整速度反馈回路各参数。(2) 张力PID参数调整。根据带材设置定因子407的值，对延伸小的带材，407=2-5 %，对延伸率较大的带材，407=5-10 %，积分禁止409=0，积分有效。比例增量调整完成后，409=0，积分有效。开动主轧机，低速轧制C7有效，张力PID允许。6 PLC可编程控制器的基本结构及原理可编程序控制器 (programmable Controller)，因为早期主要应用于开关量的控制，因此也称为 PLC(programmable Logie Controller)，即是可编程逻辑控制器。现代的可编程控制器是以微处理器为基础，高度集成的新型工业控制装置，是计算机技术与工业控制技术相结合的产品。PLC自问世以来，经过20年的发展，己经成为最受欢迎的工业控制类产品。它之所以高速发展，除了工业自动化的客观需求外，还有许多独特的优点。它较好的解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。6.1 PLC的基本组成与各部分的作用6.1.1 PLC的基本组成PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同