拉矫机的延伸率控制

..........XX联合大学轻工学院QINGGONGCOLLEGE,HEBEIUNITEDUNIVERSITY毕业设计说明书将其修改为实际的论文提交日期,不用此信息时,删除此框。将其修改为实际的论文提交日期,将其修改为实际的论文提交日期,不用此信息时,删除此框。将其修改为实际的论文提交日期,不用此信息时,删除此框。论文题目：拉矫机的延伸率控制学生__学号：专业__学部：指导副教授20XX05月20日..拉矫机延伸率控制摘要冷轧薄板属于高附加值钢材品种,是汽车、机械、建筑、电工电子、食品等行业必不可少的原材料。平直度是衡量冷轧带材产品质量的重要指标之一,随着用户对带材平直度要求的不断提高,带材平直度的控制和改善显得日益重要。拉伸弯曲矫直技术是消除带材板形缺陷,改善带材质量的重要途径。由于拉伸弯曲矫直过程涉及拉弯、弹复变形等多方面问题十分复杂。延伸率是拉弯矫直过程中重要的形变标准,如何准确对其进行控制就是一个十分关键的问题。因此对其展开研究,具有重要的理论和实际意义。本文介绍了连续拉伸弯曲矫直技术的产生与发展过程,分析了拉伸弯曲矫直的原理和特点,阐述了延伸率的定义和产生的原因,详细论述了延伸率自动控制系统的基本原理和具体实现方法。结合某公司拉伸弯曲矫直机组项目的设计要求,对延伸率自动控制系统做出了设计、调试。通过现场调试和正常生产,证明了这种控制方式的优越性和实用性。最后,阐述了拉弯矫直机组在现场运行中存在的一些不确定因素对延伸率控制的影响,给出了现场的调试结果,找出应用的不足之处和改进方法。关键词：带材；拉伸弯曲矫直机；延伸率自动控制...STUDYONAUTOMATICELONGATIONCONTROLSYSTEMOFWIDESTRIPTENSIONLEVELINGABSTRACTColdsheetmetalisaproductthatyieldahighaddedvalue,andtheessentialrawmaterialsofautomobile,machinery,construction,electronic,foodandotherindustries.Flatnessisoneofthemostimportantfactorswhenevaluatingthequalityofcoldrolledstrip.Itisveryimportanttocontrolandimprovetheflatnessofstriptomeetthecontinuousincreasingdemandforthegoodquality.Thetensionlevelingtechnologyisoneoftheimportantmethodstoeliminateshapedefectsandimprovethequalityofstrip.Becausethecourseoftensionlevelingreferredmanyquestionsoftensionlevelingandelasticityresumeandsoon,thedistortionisextremelycomplicated.Elongationrateisthemostimportantparameterofthecourse.howtocontrolthisparameterbecomethekey.SotheresearchofthispaperhasveryimportantSignificanceofacademicandpractical.Thisarticlediscussesthedevelopment,principle,characteroftensionlevelingtechnology,givesdefinitionofelongation,analyzesthecontrolmodeandbasicprinciplesofautomaticcontrolofelongationondetail.WithfurtherstudyofAutomaticcontrolofelongationsystemsanddesigningrequirementsof1450mmtensionlevelingprojectinFuJianCaseySteelplant,wealsoimprovethiscontrolmodelanddebugginginthefield.Withhalfthreemonths'debugging,themillputsintoproductionnormally.Itfullyindicatesthesuperiorityandpracticabilityofthiscontrolmethod.Finally,itdiscussestheinfluenceonthesystemperformancewhichwascausedbytheexistinguncertainfactorsinthefieldandfindsoutthetheshortageofitandalsoshowsthemethodtoimprovement.KEYWORDS:strip；tensionleveling；automaticcontrolofelongation...目录拉矫机延伸率控制I摘要IABSTRACTII目录III第1章绪论11.1引言11.2关于冷轧带钢板形的介绍11.3带材矫直技术的发展31.4课题研究的意义和主要内容5本课题研究的意义5本课题研究的内容6第2章拉伸弯曲矫直机组的工作原理及组成72.1拉伸弯曲矫直原理及特点7拉伸弯曲矫直原理7连续拉伸弯曲矫直技术优点92.21450mm拉伸弯曲矫直机组设备及参数9拉伸弯曲矫直机组的主要性能指标9主要组成设备及其参数92.3拉伸弯曲矫直机组生产工艺流程13第3章拉伸弯曲矫直机的延伸率控制173.1延伸率控制的基本原理17延伸率的定义及影响延伸率的因素17延伸率控制的基本原理183.2延伸率的选择与检测193.2.1延伸率的选择方法19延伸率的检测方法203.3张力辊的控制方法21张力辊组的张力放大原理213.3.2张力辊的动态负荷分配243.4延伸率控制器的原理26延伸率控制器的原理26延伸率控制程序的编写263.5开卷机与卷取机的控制34概述35张力转矩36损失转矩37动态转矩40卷径计算47第4章1450mm拉伸弯曲矫直机组自动控制系统494.11450mm拉伸弯曲矫直机组PROFIBUS-DP网络50PROFIBUS-DP的介绍501450mm拉伸弯曲矫直机组的PROFIBUS-DP网络组成514.21450mm拉伸弯曲矫直机组的PLC控制系统51PLC的定义和特点51PLC控制系统的基本结构52PLC的基本结构521450mm拉伸弯曲矫直机组PLC控制系统534.31450mm拉伸弯曲矫直机组传动系统554.3.1传动系统结构55逆变器的选型566SE70变频装置主要调试步骤574.4上位机画面设计及其功能61上位机的硬件组成与InTouch概述61上位机画面构成与作用62第5章延伸率自动控制系统的现场应用和分析665.1延伸率自动控制系统现场调试结果66延伸率自动控制系统现场应用及主要性能指标66现场影响延伸率控制精度的因素685.2延伸率控制系统的改进方案68结论70参考文献71谢辞74......第1章绪论1.1引言我国作为钢铁大国,钢产量近4亿吨,但是总体上来说还远不是钢铁强国。近几十年来我国宏观经济发生了重大变化,买方市场已经基本形成,内需不足问题日益突出。与此同时由于自主开发创新能力弱,工业发展缺少新技术的支撑,高技术含量和高附加值产品的开发滞后,生产能力明显不足。比如,二十世纪90年代以来,我国高技术产品贸易一直保持逆差,1994年最高达到142.6亿美元。就是在国内生产规模很大的时候,一些产业的主体设备和技术也严重依赖进口。我国作为钢铁生产大国,年产钢已经突破2.7亿吨,且已出现产品严重积压和价格走低现象,但冷轧薄板、冷轧带钢、冷轧硅钢、镀锌板、不锈钢薄板等技术含量高、附加值高的生产用材则严重短缺。由于冷轧板带的消费市场前景广阔,应用极其广泛,其产量占轧材的比例逐年不断攀升。但与国外相比,差距还是很大。世界上美、俄、日等主要产钢国家,冷轧板卷占轧材总产量的比例大都在30%以上,而我国冷轧板卷占轧材总量比例仅为4%,每年都需要大量进口冷轧板卷,自给率仅达40%左右。目前国内需要的高精度带材主要依赖进口的局面与轧制控制技术落后有关。目前美国等发达国家不仅大力推进薄板坯连铸连轧生产线的建设,生产低成本薄规格的热轧宽带钢,同时还加速建设和改造冷轧宽带钢轧机,扩大冷轧宽带钢和涂镀层板等高附加值产品在钢材生产中的比例。建设冷轧宽带钢轧机模式多样化,例如美国近年来除新建和改造冷轧宽带钢连轧机组外,还大量在新建的薄板坯连铸连轧生产线后建设现代化的高产量高效率的单〔双机架可逆式轧机,形成冷轧宽带钢生产模式,节省了中间退火环节,降低了成本。从经济角度来看,随着社会发展和科学技术的进步,用户对钢材的质量、品种、性能的要求也越来越高,其指标要求已达到一个相当高的程度。钢材质量的高低已经直接影响到了企业的经济效益。1.2关于冷轧带钢板形的介绍带钢是国民经济各部门中最广泛使用的钢材,钢板按其厚度可以分为两大类,即厚板和薄板,尺寸范围如下表所示：表1.1钢板分类板带材主要用于冲制各种零部件,因此除要求钢材的性能均匀一致外,对钢材的几何精度也有特殊的要求,以利于提高冲模寿命和冲压件的精度。衡量冷轧板带钢几何精度的两个指标是：板形和厚度。轧制带材的板形包括横向凸度〔Crow、平直度〔Flatness、边部减薄量〔Edge-drop三项内容。横截面凸度表示带材宽度中心与指定的边部的厚度差。边部减薄量表示带材边部区域内指定的某两点的厚度差。板形平直度表示带材在自然状态下的平直性,它表现为带钢全长沿宽度方向上的不均匀延伸,从而造成带材全长沿宽度方向不均匀的内力分布,在带钢的外观上表现为各种瓢曲浪形。目前,厚度控制技术已能将厚度差稳定地控制在成品厚度±1%或±5μm甚至是±2μm的范围以内,横截面的凸度一般控制在10~20μm的水平。平直度不良成为板形不良的主要表现形式。因此,当前提及板形不良一般都是指平直度不良。a-侧弯b-中浪c-边浪d-长度方向瓢曲e-宽度方向瓢曲图1.1金属带材产品的缺陷冷轧带材的平直度不良的主要缺陷如图1.1所示。沿板带宽度某个部位出现纵向局部延伸现象,在带材表面产生浪形,统称形状不良。浪形在板带中部出现的叫中间波,在边部的叫边波,纵向纤维长度沿板宽方向变化引起带材以其纵截面的X轴为中性轴的连续弯曲叫侧弯,俗称镰刀弯。产生形状不良的原因：1.工作辊及支撑辊的辊形设计不当；2.工作中轧制条件的突然变化；3.工作中轧制板材来料形状突然变化。这三方面原因都可能引起轧制过程中辊缝形状偏离轧材形状。一旦偏离,沿带材宽度方向压下量变化,相应位置的纵向纤维延伸量不等,相邻纤维之间互相牵制,产生了内应力较短的纤维受拉,较长的纤维受压,当这个内应力大到一定数值时,受压的长纤维失稳,形成局部瓢曲,出现浪形。另外,当带材纵向厚差较大时,张力卷取也可能造成形状不良。1.3带材矫直技术的发展近年来,金属带材的冷、热轧技术进步已经在很大程度上改善了带材轧制的平直度,但是仅仅依靠轧制工艺无法满足汽车和家电等行业对带材平直度的要求,因而,在金属带材生产工艺中,通过板形矫直技术来改善金属带材的平直度的一个必不可少的工艺过程。金属带材矫直机按矫直方式可分为辊式矫直机、张力矫直机、连续张力矫直机和连续拉伸弯曲矫直机等四类,如图1.2所示。图1.2带材的不同矫直方式在金属带材生产中式矫直工艺的历史最长,广泛用于矫正多种规格、材质的金属带材,辊式矫直机一般都配置了11辊到21辊甚至更多更细的矫直辊。在矫直带材时,通过调整矫直辊沿带材宽度上的弯曲度,改变压下量和倾斜矫直辊座,使带材的中间浪和边浪等不良板形获得部分矫直。但是,由于其结构和矫直工艺的局限性,对厚度为2mm以下的薄板矫直十分困难,对0.5mm以下的高强度合金带材的边缘浪形和中间瓢曲等三维形状缺陷几乎无法矫正,而且,这类矫直机还要求操作者具有熟练的技术,矫直速度一般不高于250m/min。尽管现代化的辊式矫直机作了许多改进,如增加变凸度等,但对严重的瓢曲和镰刀弯仍然得不到理想的矫直。张力矫直,即单张钳口式拉伸矫直,方式矫正带材时,将带材两端夹紧并且拉伸达到矫直的目的。这是一种十分费时的方法,工作效率低,同时由于带材的端部要夹紧,在钳口处存在着板带沿宽度方向的厚度不均,加之设备制造精度问题,往往出现夹紧时带材受力不均的现象,使矫直效果不佳,并且会造成大量的废料头而降低成材率。连续拉伸矫直方式是为了克服上述缺点在两个张力辊之间进行连续拉伸矫直的方法。但其仍然存在某些缺点。如带材受到超过屈服极限σs的拉伸,需要很大的矫直张力,尤其是厚而宽的带材,需要消耗大量的能量,对传动装置要求极高,在矫正脆性材料和屈服极限与断裂强度接近<σs=σb>的材料时容易断带。1938年,美国Wallingford钢铁厂为适应板带产品由单张向成卷的发展,首先建立了能成卷形式矫直带材的生产线。为提高矫直效率,先后在机列中增加了出口和入口张力辊组,使带材在更高的张力水平下以更高的速度运行。Hessenber和Klenz于1951年和1956年在美国相继提出利用张力弯曲拉伸板带材的专利。1961年,英国有色金属研究所P.Brock提供实验装置,1965年,美国Polakowski和Bachinsky两人发表了使用浮动工作辊装置的报告,引起了广泛注意。以后这种方式被矫直机生产厂采用并在实际中应用,终于研制出了连续式拉伸弯曲矫直机。拉伸弯曲矫直机发挥了连续拉伸矫直和辊式矫直两种工艺的优点,又打破了其局限性。带材被工作辊反复弯曲的同时又在出入口张力辊组附加的张力作用下被拉伸,带材的拉应力和弯曲部分的弯曲应力的叠加作用使带钢的中性层向受压缩一边动,使中间层产生塑性应变。通过调整带材所受的张力和工作辊的啮合量来改变带材板形。由此可见,连续式拉伸弯曲矫直技术是在拉伸矫直和辊式矫直的基础上问世的,发挥了两种工艺的优点,又打破了其局限性。具有以下特点：1.能够矫正带材的波浪弯、瓢曲、镰刀弯等三维形状缺陷；2.与辊式矫直机相比,其结构简单,重量轻,维修方便,操作容易,而且弯曲辊组和矫平辊组均是从动辊,与带材同步运动,不会因打滑而擦伤表面；3.拉伸弯曲矫直机组中带材的张应力小,不会断带,也不会影响带材质量,能耗小；4.用于酸洗机组中,不但能改善板形,同时可获得有效的破鳞效果,从而降低酸液消耗,提高生产效率及带材质量,用于热镀锌机组,可以使锌花更细致,镀层更均匀；5.带钢退火后进入拉伸弯曲矫直,减小或消除退火屈服平台〔即屈服点延伸yieldpointelongation机械性能和板形有了明显改善；6.适用于几乎所有的带材加工作业线,矫正厚度范围广,尤其是厚度0.1-1mm的薄带效果更好,而且矫直速度高,一般工作速度为30—700m/min,最大可达1000m/min。1.4课题研究的意义和主要内容1.4.1本课题研究的意义拉弯矫直过程中带钢的厚度和宽度变化很小很难准确计量因此常用延伸率来度量带钢的拉伸程度。延伸率计算公式如下:式中,为延伸率；为单位时间通过入口处的带钢长度,m；为单位时间通过出口处的带钢长度,m。延伸率是拉伸弯曲矫直生产中控制带钢力学性能的唯一形变指标,因此延伸率调节是工艺质量控制的重要内容,而且不同用途、不同厚度的带钢要使用不同的延伸率。因此在拉弯矫直过程中必须合理设定延伸率,使板带材有适当的变形,才能得到较好的板形。从消除板形缺陷的角度来看,带材的延伸率必须大于来料板形波浪的相对长度差,否则板带材的浪形不可能得到彻底的消除。但是从钢带的结构性能来说延伸率又不宜过大,因为延伸率过大会降低轧件的结构性能,使带钢变硬变脆。所以选择合适的延伸率显得相当重要。在拉弯矫直过程中,为了使金属带材产生一定的延伸率,矫直张力和弯曲辊啮合量可以在一个较大的范围内组合。操作工人往往根据自己的习惯、经验来制定工艺参数,这样不仅费时而且往往不够精确,其结果可能引起带材延伸率不足或过大、断带、能耗过大、功率分配不均、张力辊打滑等众多问题。同时,随着材料和规格的变化,操作工人的经验往往不能满足客户的要求。由此可见,对金属带材连续拉伸弯曲矫直过程中延伸率的自动控制系统进行深入的研究,具有十分重要的意义。1.4.2本课题研究的内容本论文是以某公司板带项目"1450mm拉伸弯曲矫直机组"为背景对拉伸弯曲矫直机的延伸率自动控制系统进行研究。该项目电气控制系统采用了德国Siemens公司原装生产的6SE70系列全数字交流调速器,以SIMATICS7-300系列PLC为控制核心,两者间通过PROFIBUS-DP实现数据的高速传送。本系统上位机主要使用了组态软件InTouch完成人机界面程序与PLC在结构和功能上形成了一个有机的控制系统。本课题的主要内容是研究拉伸弯曲矫直机延伸率控制系统中的核心部分,由PLC、上位机和变频器组成的计算机控制系统。具体内容有:1研究连续拉伸弯曲矫直机对带材拉伸的原理与特点；2具体分析研究延伸率自动控制系统的控制方法,并在此基础上,结合具体项目,得出了控制系统设计方案；3根据现场调试过程,着重叙述了延伸率自动控制系统在1450mm拉伸弯曲矫直机组中的实现和应用；4总结了延伸率自动控制系统的实际应用经验,提出以后在这个问题上的研究和发展方向。...第2章拉伸弯曲矫直机组的工作原理及组成2.1拉伸弯曲矫直原理及特点2.1.1拉伸弯曲矫直原理<a>单纯弯曲<b>拉伸弯曲图2.1带材在弯曲辊上弯曲的应力变化二十世纪六十年代到七十年代初出现了拉伸弯曲矫直设备,从这种矫直设备的外形结构上看可以说是辊式矫直机和拉伸矫直机的复合形式。但实际上它的矫直过程与这两种矫直过程存在着本质的区别。拉伸弯曲矫直时附加张力带材的弯曲状态与单纯弯曲状态下的带材有明显的差别。在单纯弯曲时无论弯曲如何剧烈,带材上半纵向截面纤维的拉伸变形总是与下半纵向截面纤维的压缩变形对称,发生的带材的中性层与纵向截面的几何轴线,即中间层处于同一位置不会产生偏移。带材弹复以后,纵向截面上虽然存在残余应变,但中间层不会产生延伸。附加张力的带材在弯曲时则不同,由于张应力与弯曲应力相互叠加,使纵向截面上的拉伸应力区扩大压缩应力区减小,因而带材中性层将向弯曲曲率的中心方向偏移。图2.1b表示了带张力带材经过一个弯曲辊剧烈弯曲时各个纵向截面上应力分布的变化。由图可以看出带材经过弯曲辊时其弯曲曲率是逐渐加大的其变化规律近似呈双曲线形状,因而带材表层的应力也逐渐加大。在0-2段带材处于弹性变形状态。此后表层应力超过屈服极限进入弹塑性变形状态。在断面4的位置弯曲最为剧烈。从图中可以看出带材断面的中性层是明显偏移了的中性层偏移值为Zn。图2.2绘出了上述弯曲过程中断面的应力和与之相对应的应变的变化由应力分布图可以看出,带材张力引起的拉伸应变是ξT。带材弯曲时原来的A0A0截面转至A1A1截面。带材进入弹塑性弯曲阶段位置3、4以后由于中性层偏移带材中间层引起带材远离辊子一侧的拉伸应变明显增大,并且中间层的应变ξc大于纯拉伸应变ξT。在位置4,由于弯曲变形曲率最大ξC值也达到最大值。带材经过辊子后将产生弹复。由于此时张力仍然存在,因而只是弯曲变形的弹复。A3A3截面围绕中间层弹复,中间层的拉伸应变ξc变得以保留。弹复后的残余曲率将是下次反向弯曲时的原始曲率。经过几次拉伸状态下的弹塑性正反反复弯曲带材产生均匀的塑性延伸。带材瓢曲或有边缘浪形的部分所受的张应力均小于平直的部分反向弯曲时产生的值也小于平直部分。因而带材经过拉伸弯曲矫直以后其三维形状缺陷得以顺利消除。图2.2带材拉伸弯曲时纵向截面上的应力和应变连续拉伸弯曲矫直技术优点拉弯矫直机的根本特点便是能在张应力水平远低于材料屈服极限的情况下而使带材产生了塑性延伸,一般只需要<σs>。而且只有在矫直辊作用下的很小一段带材是处在塑性状态而在张力辊之间的其余部分仅产生弹性变形。即使在带材产生塑性变形的区域内,也总是只有一小部分带材截面处于塑性变形状态,不容易出现在带材边部的缺陷处带材断裂的危险。所以拉弯矫直的方法特别适用于薄板材,带材在矫直前不再需要切边,而且其所能达到的延伸率能达到并超过单纯拉伸矫直时的延伸率。此外,因为所需要的矫直张力比单纯拉伸矫直时小得多因此张力辊组需要输出的转矩也相应地较小,从而减小了拖动电机的功率,降低了设备成本。2.21450mm拉伸弯曲矫直机组设备及参数2.2.1拉伸弯曲矫直机组的主要性能指标：1.机组最大线速度：220m/min2.张力辊最大转速：100r/min3.入口最大张力：12KN4.矫直段最大张力：99KN5.出口最大张力：37KN6.穿带速度：25m/min7.带钢最大刚度：300MPa8.最大宽度度：1320mm9.厚度范围：0.15mm-0.75mm10.张力辊张力放大系数：2.06<max>主要组成设备及其参数-1开卷机：开卷机一台布置在机组最左端。其主要作用是为机组提供原料钢带并与入口张力辊组形成一定张力。设备组成为电动机、减速箱、卷筒和压辊、自动对中装置。开卷机卷筒为悬臂液压四棱锥结构。开卷机设有机座浮动液压缸通过CPC装置控制浮动缸的动作从而实现开卷机自动对中。基本参数：1.型式：悬臂式浮动开卷机带活动外支撑带碟式刹车。2.钢卷规格内径：φ508mm,外径:maxφ1900mm,minφ1000mm3.开卷机传动：交流变频电机：22kw,工作电压380V。带增量型编码器,型号PB1024Z5/28P25X3PR,工作电压DC24V,1个。4．开卷机外支撑,液压缸驱动。5.上卷小车：液压缸控制钢卷升降,最大卷重：25t。-2张力辊组本套拉弯矫直机组共设有8根张力辊按照位置分为两组每组4根分别位于矫直段两侧。矫直段左侧靠近开卷机的一组是入口张力辊组,其主要作用是控制矫直段张力；矫直段右侧靠近卷取机的一组是出口张力辊组,其主要作用是控制拉弯矫直机组速度。基本参数：1.型式：防滑胶面张力辊带气动压辊。2.规格：本项目中第1~8张力辊规格相同,如下：辊径：φ700mm辊身长：1450mm3.张力辊传动系统：1#张力辊传动电机：功率30kW,额定转速1470r/min,额定电压：AC380V,数量1；2#张力辊传动电机：功率45kW,额定转速1470r/min,额定电压：AC380V,数量1；3#张力辊传动电机：功率75kW,额定转速1470r/min,额定电压：AC380V,数量1；4#张力辊传动电机：功率110kW,额定转速1470r/min,额定电压：AC380V,数量1；出口1#张力辊传动电机：功率135kW,额定转速1470r/min,额定电压：AC380V,数量1；出口2#张力辊传动电机：功率90kW,额定转速1470r/min,额定电压：AC380V,数量1；出口3#张力辊传动电机：功率75kW,额定转速1470r/min,额定电压：AC380V,数量1；出口4#张力辊传动电机：功率45kW,额定转速1470r/min,额定电压：AC380V,数量1；每根张力辊均配有增量式编码器：PB1024Z5/28P25X3PR图尔克DC24V,数量1。-3弯曲矫直辊组本课题所研究的拉伸弯曲矫直机是由两组弯曲辊和两组矫直辊组成的。弯曲辊单元有多对小直径弯曲辊〔辊系,它的作用是使带材在张力作用下,经过剧烈的反复弯曲变形达到工艺要求的延伸率。矫平辊单元有多个矫平辊〔辊系,它的作用是将剧烈弯曲后的带材矫平,消除多次弯曲以后形成的纵向卷弯和横向拱弯。由于弯曲辊和矫平辊的直径很小,因而它们多由一组支承辊支承组成辊系以增加刚度。本套机组的两组弯曲辊和两组矫直辊均为非传动特殊结构的上下辊组。配有上辊组的中心高度调节装置和倾斜调节装置；下辊组可以通过驱动电机上下移动,并且就有可记忆自动定位功能。根据被矫带材的材质、板厚、板形等不同可选用不同的辊缝及咬入角使带材在张力的作用下,通过弯曲矫直机时产生不同的纵向拉应力与横向弯曲应力从而达到改善板形的目的。主要参数：1.规格：弯曲辊辊径：φ25mm辊身长：1550mm中间辊：共两根辊径：φ35mm辊身长：1550mm支承辊：8套/列,共3列辊径：φ65mm辊身长：152mm上矫直辊：辊径：φ50mm辊身长：1550mm下矫直辊：辊径：φ70mm辊身长：1550mm2.下辊组的升降及定位装置：传动电机：额定功率:5.5Kw,额定电压：AC380V,数量4个。下辊组精确定位：绝对值编码器,工作电压DC24V,,数量4个。-4切边剪本套机组配有两套切边剪,分别位于矫直段两侧。在拉弯矫直过程中,与钢带同步运行,对带钢边部进行修剪,改善带钢质量的同时通过调节切边剪剪刃开口度精确调整剪掉的废边钢带宽度从而实现对带钢精确定宽。-5废边卷取机本套机组配有两套废边卷取机,分别位于矫直段两侧。在拉弯矫直过程中,负责收集切边剪剪掉的带钢废边。两个卷筒分别由一台变频电机驱动,电机功率：5.5kW采用转矩控制方式,使带钢在废边卷筒和切边剪之间形成一定张力。-6卷取机卷取机一台布位于机组最右端端。其主要作用是收集拉弯矫直后的带钢成品并与出口张力辊组形成一定张力。设备组成为：电动机、减速箱、卷筒和压辊、自动对中装置。卷取机卷筒为悬臂液压四棱锥结构。卷取机设有机座浮动液压缸,通过EPC装置,控制浮动缸的动作,从而实现卷取机自动对中。基本参数：1、型式：悬臂式可涨缩卷筒2、钢卷规格：内径：φ508mm外径：maxφ1900mm3、卷取机传动：交流变频电机：110kw,工作电压380V。带增量型编码器,型号PB1024Z5/28P25X3PR,工作电压DC24V,1个。4、卷取机外支撑由液压缸驱动。5、卸卷小车：液压缸控制钢卷升降最大卷重25t。2-2-2-7液压系统液压系统主要作为电动、气动之外的其它机械动作的动力源。如卷取机卷筒的涨缩小车的升降、横移等都是由液压操作实现的。1.液压站主电机：功率30kW,转速1470r/min,工作电压AC380V,共3台〔两用一备。2.系统工作压力：12Mpa。3.加热器,用于液压站油箱加热。功率3kw,工作电压AC220V。4.液压介质：液压油L-HM46；2.3拉伸弯曲矫直机组生产工艺流程拉弯矫直的工艺过程主要由开卷、入口剪切、焊接、拉弯矫直、涂油、出口剪切和卷取七个过程组成。其中,拉弯矫直是主要加工过程,而开卷、剪切、焊接等是辅助工艺。拉弯矫直机组示意图如图2.3所示。冷轧或退火后需要进行拉弯矫直的原料钢带经检查确认后,由吊车运至开卷机前放置台上,等待上卷。上卷小车将钢卷从放置台运送到开卷机前,液压上升装置将钢卷抬至和开卷机的卷筒轴线一致位置后,小车继续前移,使开卷机的卷筒套入钢卷中空内,然后开卷机的卷筒涨开使钢卷孔与开卷机卷筒紧密贴合,保证其能随开卷机的卷筒转动并且不发生打滑现象。闭合外支撑,上卷小车上升装置下降,小车返回到放置台处,等待下一个钢卷。卷筒涨紧钢卷后,压辊压紧钢卷,然后开卷机和压辊开始向前联动,带钢头部经由引料导板进入夹送辊,夹送辊夹紧带钢并开始转动,将带钢头部送至入口液压剪处,切掉带钢头部不合格的部分为下一步焊接做准备,因为在轧制或者退火的过程中带钢头部的质量很难保证,而且在钢卷运输过程中带钢头部也极易受到损坏,如果不将其剪掉会影响焊接质量。切头后的带钢由夹送辊送至焊机区,焊机把前一个钢卷的尾部和后一个钢卷的头部焊接在一起。焊接的主要目的是避免重新穿带提高生产效率。焊接完成后,开卷机与卷取机建张,8个张力辊同步点动运行,将焊缝点动至出口液压剪处。点动期间矫直段的张力为开卷机张力,保证点动期间带钢不发生打滑跑偏现象,同时防止因张力过大撕裂焊缝。全线停车撤张后在焊缝处剪断带钢,点动卷取机将带尾拖至卷筒合适的位置并用胶带固定。卷取完毕,卷筒缩回,外支撑打开,控制卸卷小车进行卸卷,其过程与上卷相反。卸卷完成后,钢卷由电动平车送到成品场地进行包装入库。当前一个钢卷由卷筒卸下后,卷取机外支撑闭合,卷筒涨开,助卷器摆进到位,做好下一次卷取的准备。然后,联合点动张力辊组、出口段的夹送辊和卷取机,将下一卷带钢的头部通过皮带助卷器送入卷取机进行卷取,卷取五至六圈后停止点动,全线建张,皮带助卷器自动松开,机组准备正常运行。拉伸弯曲矫直机组在正常工作之前,操作人员根据在生产实践中积累起来的经验,按照材料强度、带钢来料厚度、带钢宽度和板形状况的不同等级在HMI中预先设置带材的延伸率。机组运行速度,开卷机和卷取机张力,以及弯曲辊和矫直辊的切入深度等参数。在拉弯矫直过程中,操作人员可以根据实际拉弯矫直效果和张力辊的转矩输出情况对预先设置的上述参数进行修正,不需要停车。弯曲辊和矫直辊的切入深度是由下辊组升降机构的电机控制的,可以分别点动或低速调整,每个辊组的下降停止位置只设定一个,上升位置根据需要可以不相同,编码器记忆调整后的位置,以保证辊组下降后再升起时自动复位。接近开关限定最高上升位置以防止编码器故障时损坏设备。正常运行时入口张力辊组S1产生向后张力,即开卷机方向,出口张力辊组S2产生向前张力,即卷取机方向。出口1#张力辊是出口张力辊组S2的主辊,同时也是全线的速度基准,入口4#张力辊是入口张力辊组S1的主辊,其输出转矩的大小决定着矫直段张力的大小。当开卷机上的钢带将要用尽时,全线减速,并减小延伸率,使矫直段的张力减小,在带尾离开开卷机卷筒的瞬间,全线停车,弯曲辊组和矫直辊组的下部各辊组下降至设定位置〔编码器控制上辊组位置不变。点动张力辊组将带尾送至入口液压剪处,剪掉带尾不合格的带钢,为焊接做准备,然后将带尾点动送至焊机处,等待与下一卷的带头进行焊接,开始下一卷的生产。在正常生产过程中,根据用户对宽度的需要以及带钢边部的板形情况,可以利用切边剪对带钢的边部进行剪裁。通过手动操作按钮,可以调整切边剪重叠量的多少进而控制剪切量。切边剪的线速度与带钢运行速度实时保持一致,在生产线的两侧设有两个废边卷取机,收集剪下来的边部废料。两台废边卷取机分别由两台力矩电机驱动,可以根据带钢的型号手动设定力矩的大小。本套拉弯矫直机组还配备了静态涂油机,位于出口张力辊组和出口剪之间,其作用是对拉弯矫直后的带钢进行涂油,防止带钢在存放或运输过程中生锈。...第3章拉伸弯曲矫直机的延伸率控制3.1延伸率控制的基本原理延伸率的定义及影响延伸率的因素延伸率是指材料在拉伸后,伸长量与原始长度的百分比。即<3-1>式中,为延伸率；为拉矫前钢带长度,mm；为拉矫后钢带长度,mm；由拉伸弯曲矫直原理分析可知,在拉伸弯曲矫直时,影响带材延伸率的主要因素是：带材弯曲曲率和矫直张力。弯曲曲率又是由弯曲辊与矫直辊径及其切入深度决定的,工作辊切入深度是由下辊座升降电机通过蜗轮蜗杆以及传动丝杠调节,对某些需要精细调节的工作辊还可以用手轮微量调节。在工作辊直径确定的前提下,金属带材拉伸弯曲矫直工艺的主要因素便转化为矫直张力、矫直辊切入深度。图3.1矫直张力与弯曲辊插入深度的关系矫直辊切入深度和矫直段张力的增加都有利于带钢的延伸,同时在延伸率一定的情况下,矫直张力与矫直辊切入深度成反比如图3.1所示。因此达到一定的带材延伸率就有许多种矫直张力和矫直辊切入深度的组合方案,但是经生产实践证明拉弯矫直的理想工艺情况应该是:小张力、大弯曲。因为较低的张力不容易发生断带,有利于提高生产效率,同时也有利于降低拖动电机的负载,节约能源。但是也需要指出,弯曲辊与矫直辊的切入深度也并不是越大越好,切入深度过大,带钢挠曲增加,将引起新的不均匀延伸。其次,当切入深度达到一定位置后,包缠角的增加将不会使弯曲应力发生大的变化,因此弯曲矫直辊的切入角度调整范围一般控制在10°—30°。延伸率控制的基本原理当前拉矫机的延伸率控制方法主要包括,延伸率直接控制法和延伸率间接控制法。延伸率直接控制法,是在带钢弯曲曲率一定的情况下,对矫直段两侧的张力辊采用速度控制,通过控制其速度差值的大小来控制延伸率。这种方法思路简单,但是在实现过程中存在很多问题。最主要的问题是在转速的控制过程中,很难准确的控制电机的输出转矩,所以很容易造成矫直段的张力发生波动,导致张力辊打滑,延伸率失控。延伸率间接控制法主要通过矫直张力自动调节控制延伸率。在拉弯矫直延伸率控制过程中,矫直张力最为重要也最为活跃,却最不直观。本套拉弯矫直机组的延伸率控制系统采用矫直张力自动调节的方式来控制延伸率,它的基本原理是实时检测带钢的延伸率,然后和给定的延伸率进行比较,当反馈延伸率大于给定延伸率时,减小矫直张力；当检测值小于给定值时,加大矫直张力。从而实现恒延伸率控制。其原理图3.2所示图3.2延伸率控制框图3.2延伸率的选择与检测3.2.1延伸率的选择方法延伸率是拉弯矫直过程中控制带钢力学性能的最重要变形指标,因此延伸率调节是工艺质量控制的重要内容。不同用途、不同厚度、不同板形状况的带钢要使用不同的延伸率,使板带材有适当的变形才能得到较好的板形。从消除板形缺陷的角度来看,拉矫时带材的延伸率必须大于来料板形波浪的相对长度差,但是若延伸率过大,又会降低轧件的结构性能。所以选择合适的延伸率显得相当重要。延伸率的大小是由来料的材质及所要求的成品平直度决定的。被矫直带材的总延伸率E主要包括以下几部分：1..矫平带钢的浪形所需要的塑性延伸率E1,<3-2>、为带钢波浪的波高和波长,mm。2..矫平带钢的镰刀弯所需要的塑性延伸率,<3-3>为带钢的宽度为,、带钢镰刀弯的长度和高度。3、为了消除浪形和镰刀弯,在拉伸时还要加入0.1～0.3%过度延伸率。4、还要考虑带钢拉弯矫直后的弹性回复量,约为,大约为0.02%,所以拉弯矫直所需的总延伸率E为：在实际生产中,一般可以利用下表初步确定延伸率,然后根据实际生产情况进行微调。表3.1带钢延伸率的选择原则3.2.2延伸率的检测方法通过延伸率控制的基本原理可知,只有实时准确的检测出带钢在拉弯矫直段的延伸率,才能对带钢延伸率进行准确控制。式3—1虽然简单直接的给出了一种延伸率计算方法,但是其只适合计算一段带钢的总延伸率,不利于实时的计算当前处于矫直段带钢的延伸率,所以在实际中一般利用拉弯矫直机组出口和入口钢带的线速度的不同来检测带钢的延伸率,方法如下：〔3-2为带钢长度,；为带钢线速度,；为时间,。<3-3>延伸率,矫入口钢带线速度,；出口钢带线速度,；为时间,。由上式可知,通过拉矫机出口和入口钢带的线速度就可以检测出钢带的延伸率,在本套拉弯矫直机组,我们利用装在张力辊S1.4和张力辊S2.1上的旋转编码器来检测张力辊的角速度进而计算出入口、出口带钢的线速度。3.3张力辊的控制方法本套拉弯矫直机组的延伸率控制系统采用矫直张力自动调节的方式来控制延伸率,而矫直段的张力主要是由入口张力辊组S1,和出口张力辊组S2的8根张力辊产生的,其中入口张力辊组S1总得输出转矩直接决定矫直张力的大小,出口张力辊组S2的主要作用是产生与S1张力辊组相应张力,其方向与S1的张力方向相反,同时控制全线的运行速度。图3.3入口张力辊组3.3.1张力辊组的张力放大原理带材在较小的开卷张力情况下进入口张力辊组,绕张力辊身形成包角,在带材与辊面之间摩擦力的作用下,带材张力逐级放大,在S1.4与S2.1#张力辊之间达到拉弯矫直带材所需的张力值,然后通过出口张力辊组逐级减小,在卷取段恢复到较小的张力值。这样既增大了整个机组的张力调节范围,减小了开卷机和卷取机张力值,又降低了每根张力辊上的转矩载荷,提高了张力调节精度。入口张力辊组S1和出口张力辊组S2的张力放大方向虽然相反,但是其放大原理是相同的。下文将以入口张力辊组为例详细分析张力辊对张力的放大原理。由图3.3可知〔3—4式中,入为入口张力,KN；为S1.1张力辊产生的张力,KN；为经S1张力辊放大后的张力,KN。而S1.1#张力辊是通过其拖动电机的输出转矩产生张力的：〔3—5式中：为张力辊拖动电机的输出转矩,N⋅m；为张力辊直径,m；为张力辊与拖动电机之间的减速比。所以式〔3—4可化为：〔3—6由式〔3—6可知在入口张力一定的情况下经S1.1#张力辊放大后的张力F1和S1.1#张力辊拖动电机的输出转矩T1.1成正比,但是这种正比关系是有上限的,根据欧拉公式可知：〔3—7为张力辊的最大放大系数,为带钢与张力辊面的摩擦系数,为带钢与张力辊的包角,rad。如果F1/F入>Kmax张力辊就会出现打滑现象。所以在保证每根张力辊的张力放大倍数K小于Kmax的情况下,张力辊对张力的放大倍数可以通过调节其拖动电机输出转矩的方式进行调节。此套1450mm拉伸弯曲矫直机组可以加工的带钢最大屈服极限为300MPa,最大宽度为1320mm,最大厚度为0.75mm,所需的最大矫直张力通过下式求得：〔3—8式中：矫直带钢所需的最大张力,KN；矫直带钢的最大屈服强度,Mpa；矫直带钢所需的最大宽度,mm；矫直带钢所需的最大厚度,mm。由上式可知,矫直段的最大张力为99KN。拉弯矫直机组的矫直张力是由入口张力和入口张力辊组的张力放大倍数共同决定的,出口张力辊和卷取机的张力跟随入口张力变化,其关系如下：〔3—9式中：分别为S1.1∼S1.4#张力辊的张力放大倍数,为入口张力辊组总得放大倍数。本套拉弯矫直机组采用入口张力恒定控制,最大入口张力F入为12KN。带钢与8根张力辊的包角都相同,均为230即4.01rad,带钢与张力辊的摩擦系数也相同,均为0.18,所以每根张力辊的最大张力放大系数为2.06。入口4根张力辊组总得最大放大倍数为,理论上可以产生的最大矫直张力206KN,远大于所需的矫直张力,所以只要合理的设置入口张力值,然后通过调节入口张力辊组拖动电机的输出转矩进而改变入口张力辊组总的放大倍数就可以准确得到所需的矫直段张力。3.3．2张力辊的动态负荷分配-1张力辊的动态负荷分配的原因在实际生产过程中,即使是一种材质比较均匀的带材,在拉伸弯曲矫直过程中,由于板形变化等实际因素的影响,矫直段所需的张力是不断变化的。由张力辊的张力放大原理可知每根张力辊的张力放大倍数是有极限的,某一根张力辊前后的张力放大倍数超过设计极限就会出现张力辊打滑现象。假设S1.4#或S2.1#张力辊出现打滑现象,由于延伸率自动控制系统是通过检测的S2.1#张力辊与S1.4#张力辊的线速度来计算带材的实际延伸率,如果带材与辊面存在相对速度,控制系统将无法获得准确的延伸率反馈,进而延伸率控制器无法给出正确的张力值给定,造成延伸率失控。即使当S1.4#与S2.1#张力辊不打滑而其它张力辊打滑时,由于打滑的张力辊不能建立稳定的转矩,导致其下一级张力辊也无法建立相应的转矩,最终将使S1.4或S2.1#张力辊也打滑。综上所述,只要有张力辊发生打滑,延伸率控制已不可能。因此如何保证在机组的高速运行中根据矫直段所需的张力大小合理分配每一根张力辊的负荷,保证不出现张力辊打滑现象就是一个十分关键的问题。-2入口张力辊组动态负荷分配的原理由张力辊的放大原理可知,〔3—10式中,为S1.1#张力辊的输出转矩,。为S1.2#张力辊的输出转矩,。为S1.3#张力辊的输出转矩,。为S1.4#张力辊的输出转矩,。为张力辊的辊径,mm。为张力辊的减速比。本套拉弯矫直机组每根张力辊的最大张力放大系数Kmax=2.06,为简化计算,令Kmax=2。为保证不出现张力辊打滑现象必须保证下式成立,〔3—11令,〔3—12对式〔3—11求解可得,〔3—13由式〔3—13可知,此种负荷分配方法的矫直张力调节范围是<,16>,最大入口张力为12KN,其最大矫直段张力为192KN,远大于所需的矫直张力。所以只要合理的设置入口张力值,并按照式<3—12>所示关系,调节入口各个张力辊拖动电机的输出转矩就可以得到所需要的矫直张力。-3入口张力辊组动态负荷分配的方法入口张力辊组S1总得输出转矩直接决定矫直张力的大小,所以S1张力辊组的4根张力辊全部采用转矩控制方式,只对其进行转矩给定,其速度跟随出口张力辊组S2。其中S1.4#张力辊作为入口张力辊组S1的主辊,其转矩设定由延伸率控制器直接控制。S1.3#张力辊为S1.4#张力辊的辅助辊其转矩给定值为S1.4#张力辊转矩反馈的一半即:；S1.2#张力辊为S1.3#张力辊的辅助辊其转矩给定值为S1.3#张力辊转矩反馈的一半即：；同理,。综上所述,只要合理的设置入口张力值,通过调节S1.4#张力辊的转矩设定值,就可以得到矫直段所需的张力值并且保证不出现张力辊打滑现象。-4出口张力辊组S2的动态负荷分配与入口张力辊组相同,出口张力辊组S2也设有一根主辊S2.1#张力辊,但是与S1.4#张力辊不同的是S2.1#张力辊采用速度控制的方式,其转矩由其速度调节器自动控制,不进行人为干预。其余三根张力辊为辅助辊,采用转矩控制,以S2.1#张力辊的转矩反馈为基准进行负荷分配,保证在机组运行中不发生出口张力辊打滑现象。具体控制方法与入口张力辊组的三根辅助辊相同,不再赘述。3.4延伸率控制器的原理延伸率控制器的原理延伸率控制器的主要作用是将实时检测出的带钢实际延伸率值和给定的延伸率进行比较,当反馈延伸率大于给定延伸率时,减小S1.4#张力辊的转矩给定进而减小矫直张力,当检测值小于给定时,S1.4#张力辊的转矩进而加大矫直张力,从而实现恒延伸率控制。延伸率控制器主要由两个环节构成,一部分是延伸率比较环节,另一部分是延伸率调节环节。比较环节作用是比较实际延伸率和设定延伸率差值,当差值的绝对值大于设定延伸率的10%,延伸率调节环节使能,当差值小于设定延伸率的10%时,调节作用不启动。延伸率调节环节实质上是一个PI调节器,其传递函数为：它主要控制调节过程中,矫直段张力给定的初始值和给定斜率,以防突加过大的调节量引起矫直段张力突变,甚至出现张力辊打滑现象,不利于延伸率控制精度。在调试过程中,需要依据入口张力辊组转矩调节器的响应快慢,调节参数和。延伸率控制程序的编写本套1450mm拉弯矫直机组利用SiemensPLC300作为延伸率控制器,通过编写程序来完成控制功能。假设E为延伸率设定值,为实际延伸率反馈值,为设定延伸率与反馈延伸率差值的绝对值,为S1.4#张力辊的转矩当前设定值,为每个扫描周期S1.4#张力辊的转矩调节量。按照延伸率控制器的调节原理,设计的程序框图如图3.4所示,图3.4延伸率控制器程序设计流程图延伸率控制器程序语句表如下所示：符号表：DB101FC101局域变量输入局域变量输入输出局域变量临时变量FC102局域变量输入局域变量输出局域变量临时变量由于程序中有闭环比例环节,由于OB1程序扫描时间不固定,所有将闭环比例环节放入OB35中。通过FC103进行比例环控制,输出转矩给传动,传动通过转矩控制的外环,电流控制的内环,输出电流给电机,调节电机转速,进而达到调节张力。电机的编码器通过计数器模块FM350,将实际转速给PLC,通过FC102算出实际延伸率。实际延伸率反馈给FC103,使其形成闭环控制系统。FC102是实际延伸率计算。FC101是比例环控制3.5开卷机与卷取机的控制概述在带钢拉弯矫直过程中,卷机和卷取机起着十分重要的作用,它们不仅要为矫直段提供原料带材,收集带钢成品,而且开卷机和卷取机的张力控制精度将直接影响成品的质量。因为由张力辊的张力放大原理可知,开卷机张力是拉矫机入口张力辊张力放大的基础,卷取机张力是拉矫机出口张力辊张力放大的基础,他们的张力将会通过张力辊传递到矫直段,如果其张力发生波动会直接影响矫直段张力造成延伸率波动。基于以上分析,为保证延伸率稳定开卷机和卷取机一般采用恒张力控制。拉弯矫直机组入口和出口部分没有张力检测设备,因此开卷机和卷取机的张力控制一般采用间接张力控制方法,张力稳定与否主要取决于其拖动电动机的转矩给定精度。开卷机和卷取机正常运行时其输出转距主要包括张力转矩、损失转矩、动态转矩三部分,其关系如式〔3—14：〔3—14式中,为开卷机/卷取机电机总得输出转矩,；为张力转矩,；为损失转矩,；为动态转矩,。开卷机与卷取机的控制思想大致相同,都是实时的计算出损失转矩与动态转矩然后通过改变其拖动电机总的输出转矩对其进行补偿,从而保持张力转矩不变,实现恒张力控制。但也有一些差别,拉弯矫直机组正常工作时,开卷机的输出转矩方向与其转动方向相反,处于发电运行状态,卷取机的输出转矩方向与转动方向相同,处于电动运行状态。损失转矩的方向是与系统的运行方向相反,所以开卷机的损失转矩补偿值是正的,而开卷机的损失转矩补偿值是负的。虽然补偿值的符号有所区别但是这三部分转矩的计算方法对于开卷机和卷取机来说都是相同的,下文将以卷取机为例详细介绍张力转矩、损失转矩、动态转矩的计算方法。张力转矩卷取机在卷绕带钢时,必须具有一定卷取张力以保证带钢卷取的质量,其张力值大小取决于卷取机工作状态和产品规格。不合适的张力数值会直接影响产品质量,过大的卷取张力会影响产品内部金相组织,以及使设备电机容量增大,反之过小的卷取张力亦会影响产品质量以及出现带钢跑偏。可见卷取张力数值过大过小均会直接影响卷取机正常工作。因此,张力数值的选择应该慎重。一般可按下列经验公式进行初步计算,然后再根据实际生产情况进行一些微调。〔3—15式中,为卷取机张力,KN；为单位张力,Mpa；为带钢宽度,mm；为带钢厚度,mm。单位张力值,可按下列经验公式进行计算,〔3—16式中,为带钢厚度,mm;系数由卷取机工作情况来决定,其选值按下表选取。表3-2系数选择原则提供该张力的卷取电机输出转矩部分即为张力转矩。〔3—17式中,为折算到电机轴上的张力转矩,N⋅m；为卷取机上带钢的瞬时卷径值,m；为卷取机的张力,N；为卷取机与电动机之间的传动比。由上式可知只要得到实时卷径值就可以利用式〔3-17实时的计算出电机轴上的张力转矩值。损失转矩图3.5卷取机传动结构示意图对于卷取机来说,其传动部分包括卷取电机减速齿轮箱和卷筒三个部分,如图3.5所示。这些组件在转动过程中存在摩擦力,会对电机产生一定的阻转矩,同时在机械传动中也是有功率损耗的,而且不同的设备损耗也不同,即传动效率不同。把这些空载时就会产生的阻转矩和效率损失的总和定义为损失转矩,如下式所示：〔3—18式中,为卷取机损失转矩,N⋅m；为电机的输出转矩,N⋅m；为减速比；为传动效率；为由于摩擦造成的阻转矩,N⋅m。如果我们通过公式〔3-18计算损失转矩不但过程繁琐而且一些参数主要取决于设备设计者所给出的参数值,而这些参数值在初始计算中就已经进行了简化计算我们得到的只是一些近似值,在许多电气改造项目中一些旧设备的参数值根本无法得知,所以很难保证损失转矩的计算精度,另外,现场调试时要求时间短、精度高。面对这些新情况,上述方法就显得不方便了,因此,作者结合实践经验在本套系统中采用了一种新的损失转矩计算方法。-1计算原理损失转矩在系统运行当中一直都存在,并且在不同速度时的大小是不一样的,而且由于每套卷取机的自身特点,机械设备的不同,电机的不同,安装以及现场情况的不同,其不同转速对应的损失转矩也是不同的,我们无法得到一个通用的函数来描述所有卷取机损失转矩相对其速度的变化规律,但是对于每一套设备来说,这种关系又是客观存在的。这里作者给出一种新方法来测定不同速度时的损失转矩,以便对其进行准确的补偿。由于当前工程中广泛的采用了全数字传动技术,控制精度高且传动系统的原始数据测量方便。所以我们可以很容易测得卷取机损失转矩在一些单个速度点上的值,这样我们就可以利用函数逼近的方法来解决这个问题用一个插值多项式来逼近损失转矩关于速度的函数。根据插值多项式的存在性与唯一性可知,若函数在区间上n个不同点,且其函数值为,则存在唯一的次数不超过n次的多项式：使。此性质保证了x与P的一一对应,即速度与损失转矩的一一对应。为了计算方便,本文笔者采用的是牛顿插值多项式,如式〔3-19所示。〔3—19式中：为函数的n阶均差；为设定的测定点转速,；为转速为时的损失转矩,；x为实时时转速,。由式〔3-19可知,只要我们给定n个转速并且计算出其所对应点的损失转矩,带入式〔3-19中,就可以逼近出损失转矩相对于速度变化的函数。-2计算方法本文在5种不同的速度时检测相应的损失转矩,即：n的取值围是0到4。对应于卷取机额定转速的20%,即20%,为40%,为60%,为80%,为100%,检测过程中电机电流与转速的对应关系如图1所示。在空载状态下,给卷取机电机施加一个速度给定〔即为电机额定转速的20%,当反馈转速也为后检测电机的反馈转矩。为了得到准确的反馈转矩,卷取机须在给定的速度上保持一定的时间t,本文设置为1min而且应在10%t到90%t时间段内,即图1中的C1部分,均匀的检测三个点的反馈转矩值,取其平均数作为转速为时的损失转矩。因为从图3.5中我们可以看出,当卷取机的速度发生变化时会发生一定的转矩波动,因此如果测试点取的太靠近速度变化的零界点,所测损失转矩得会受到动态转矩的影响而不准确,所以我们必须在C1部分检测反馈转矩。同理我们可以计算出其它四种转速所对应的损失转矩。图3.6卷取机损失转矩测定过程示意图把求得的=代入式〔3-19中,并令等于牛顿插值多项式中的n阶均差值,即：式〔3-19可变形为：〔3—20利用式〔3-20就可以准确的计算出在<0,100%>范围内任何转速x时的损失转矩了。动态转矩从图3.6中我们可以明显的看出当卷取机的速度发生变化时其拖动电机的输出转矩发生了较大的波动,其产生原因如下所示：<3—21>式中,为电机的输出转矩,N⋅m；为电机的损失转矩,N⋅m；为传动系统的转动惯量,；为角速度,1/s；为时间,s。式〔3-21为拖动系统旋转运动方程式,由式〔3-21可知,当卷取机的速度发生变化时角加速度不再为零,而机械设备转动时又存在转动惯量J,会产生一定的动态转矩,即：〔3—22因此,为保证加减速时卷取机张力恒定,动态转矩的精确计算是必不可少的。动态转矩的补偿精度主要由两方面决定,第一,动态转矩的计算精度；第二,补偿时机的准确性。由于目前广泛采用了全数字传动技术,补偿时机是可以满足要求的,关键在于如何准确的计算出动态转矩。从式<1>中可看出,动态转矩的大小主要决定于卷取机的角加速度和其转动惯量。通过全数字传动技术我们可以准确得到卷取机的角加速度,所以动态转矩的补偿精度很大程度上决定于卷取机转动惯量的计算精度。电机轴上总的转动惯量可以分为两部分。一部分为可变的转动惯量,它等于钢卷的转动惯量等效到电机轴上的部分。另一部分为固定不变的,它等于电动机、减速箱及卷筒的转动惯量等效到电机轴上的部分。即：〔3—23-1可变转动惯量的计算以往工程中主要是根据下面的公式计算卷取机的可变转动惯量:〔3—24式中：为带钢宽度,mm；为带钢密度,；为实时卷径,mm；为卷筒直径,mm；为减速比；为钢卷的紧密系数。这种方法是有一定局限性的,钢卷的紧密系数s只能根据经验给定,而且设定后一般是不变的,但是紧密系数会受到板厚、板形、卷取机张力等多种因素的影响,其数值是变化的。这会严重影响可变转动惯量的计算精度。因此,作者结合实践经验,提出了一种新的可变转动惯量的计算方法。可变转动惯量的计算原理图3.7钢卷示意图卷取机上的钢卷是一个空心圆柱体,可以看成由两个实心圆柱体钢卷组成,如图3.7所示,内圆柱体的转动惯量为取负值,外圆柱体的转动惯量为取正值,且内外圆柱体的密度是相等的,即:〔3—25式中,为钢卷的可变转动惯量,、分别为内外圆柱体钢卷的质量,kg、分别为内外圆柱体钢卷的半径,m。由于带钢之间是有缝隙的,整个钢卷的密度不再简单等于带钢自身的密度,所以不能用带钢密度乘以体积的方法来计算圆柱体钢卷的质量,但是在拉弯矫直前后带钢的质量是不会变的,这样我们就可以通过拉弯矫直机组入口流入的带钢质量计算卷取机上的实际带钢质量,如下式所示：〔3—26式中,为卷取机上带钢的质量,kg；为拉矫机入口流入带钢的长度,m；为带钢的宽度,m；为带钢的厚度,m。因为:其中,〔3—27式中,、分别为内外圆柱体的体积,为圆柱体钢卷的整体密度。由式〔3-26、式〔3-27可以解得：〔3—28又因为空心圆柱体钢卷的转动惯量折算到电机轴上的关系为：〔3—29所以,通过式〔3-25〔3-28〔3-29我们可以得出：〔3—30实现方法利用上述原理编写程序功能块FB6来计算卷取机的可变转动惯量,如图〔3.8所示。以拉矫机入口张力辊处的钢带流量作为入口流量,利用张力辊上的编码器的脉冲反馈测得流入卷取机原料钢带的总长度l,从卷取机卷径计算功能块中读取实时的卷,再通过以太网上的工控机得到带钢的密度ρ、宽度b、厚度h和减速比j,把上述参数一一对应的连接到功能块FB6的输入端口,功能块会自动的根据式〔3-30实时准确的求得可变的转动惯量。图3.8可变转动惯量计算程序功能块-2固定转动惯量的计算1计算原理当卷取机在空载变速运动时电动机的输出转矩除了克服卷取机的损失转矩外,还使整个系统沿着电动机输出转矩的作用方向产生了角加速度。而角加速度的大小与卷取机的固定转动惯量成反比。这种关系可用如下方程式表示:式中:为电动机输出转矩,N⋅m；为损失转矩,N⋅m；为角速度,1/s；为卷取机的固定转动惯量,；为时间,s。根据损失转矩的计算公式我们可以计算出任意速度时的卷取机损失转矩并对其进行补偿,补偿后上式可变为：〔3—32对上式左右进行<0,t>范围内的定积分可变形为：〔3—33如果有两个不同的电动机输