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        包鋼鍍鋅開卷機張力控制系統(tǒng)的研究

        2017-03-06 05:37:01李東明
        中國設備工程 2017年2期
        關鍵詞:限幅鍍鋅設定值

        李東明

        (包鋼集團公司薄板坯連鑄連軋廠自動化部,內(nèi)蒙古 包頭014010)

        包鋼鍍鋅開卷機張力控制系統(tǒng)的研究

        李東明

        (包鋼集團公司薄板坯連鑄連軋廠自動化部,內(nèi)蒙古 包頭014010)

        本文主要介紹了包鋼薄板廠鍍鋅線開卷機的工藝技術特點,開卷機的機械配置及開卷機張力控制技術的研究。著重介紹了開卷機的控制系統(tǒng)組成,詳細介紹了開卷機卷經(jīng)計算、速度計算、靜阻轉(zhuǎn)矩的計算、動態(tài)轉(zhuǎn)矩的計算,以及開卷機張力設定轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩的計算,并結(jié)合以上數(shù)據(jù)的計算,詳細分析了開卷機的間接張力控制過程。最后分析開卷機張力在實際生產(chǎn)中存在的問題和處理方法。

        張力控制;開卷機;轉(zhuǎn)矩計算;張力轉(zhuǎn)化

        包鋼薄板廠熱鍍鋅生產(chǎn)線是包鋼第一條鍍鋅生產(chǎn)線,由奧鋼聯(lián)公司設計,產(chǎn)品主要應用于建筑和家電行業(yè)。其中開卷機是鍍鋅生產(chǎn)線中的關鍵設備,按工藝順序也是第一個設備。主要功能是把鋼卷打開,提供入口區(qū)域的張力,為入口區(qū)域的順利運行起關鍵作用。在開卷過程中,機組速度恒定,隨著鋼卷卷徑不斷減小,開卷機電機的轉(zhuǎn)速不斷增大,同時保證開卷機和1#張緊輥直接的張力始終保持不變。由于開卷機動態(tài)慣性比較大,在加減速過程中必須保證帶鋼張力相對平穩(wěn)。如果發(fā)現(xiàn)張力波動,如張力過小,會造成鋼卷松卷以及層間竄動,損壞帶鋼;如張力過大,就會把帶鋼拉斷或損壞設備。因此對于開卷機而言,張力控制是核心技術,也是難點。包鋼薄板廠鍍鋅線開卷機的張力控制采用間接恒張力控制的方式。

        1 開卷機區(qū)域設備及工藝介紹

        鍍鋅的原料卷通過運卷小車上到開卷機上,2個開卷機交替運行,例如1#開卷機開卷,將帶鋼運到剪子處,切完帶頭后,再將帶運到并線夾送輥處等待,這時是2#開卷機在正常運行,當2#開卷機的卷運行完后,2#開卷機的帶尾運到焊機處,1#開卷機的帶頭也運到焊機,焊機將兩卷焊接上后,開卷機先建立靜張力,在起線入口區(qū)域運行。

        2 開卷機張力控制的設計

        開卷機有兩種運行模式:第一種為點動模式的速度控制,用于設備正反轉(zhuǎn)點動或者傳動操作時幾個設備的聯(lián)合點動;第二種為入口區(qū)域焊接完成后運行的張力控制模式,以適當?shù)膹埩ΡWC入口區(qū)域機組的平穩(wěn)運行,入口運行啟動時從速度控制模式轉(zhuǎn)為張力控制模式。

        開卷機間接張力控制系統(tǒng),采用檢查開卷機電機速度方法,計算開卷機的卷徑,通過開卷機的卷直徑和張力設定值計算開卷機電機的轉(zhuǎn)矩,進而通過變頻器調(diào)速裝置控制電動機的電樞電流,以達到控制張力的目的。系統(tǒng)由卷徑計算、轉(zhuǎn)速給定計算、轉(zhuǎn)矩給定計算、轉(zhuǎn)矩補償計算、速度調(diào)節(jié)器、電樞電流調(diào)節(jié)器等模塊組成。

        2.1 卷徑計算

        在間接恒張力控制系統(tǒng)中。卷徑D是一個非常重要的參數(shù),直接影響著對張力的控制。在開卷的整個過程中卷徑一直在減小,所以需要在線實時地對其進行計算,計算公式如下:

        D=v/(Pi×n)

        式中:n為開卷機實際轉(zhuǎn)速,可根據(jù)電動機上增量編碼器的測得信號換算和減速箱的速比算出,n作為變頻器轉(zhuǎn)速反饋輸入;v為帶鋼運行的線速度,取自1#張緊輥1#輥電機的速度(入口機組的速度)。為保證計算結(jié)果正確,系統(tǒng)內(nèi)部設有卷徑限幅最小卷徑為508mm,最大卷徑為1900mm。

        在機組速度為0或未加載張力時,是無法用以上原理計算卷徑的。為確保系統(tǒng)正常工作,就需設定卷徑初始值。此初始值由系統(tǒng)內(nèi)部設定為帶鋼的最大卷徑限幅D=1900mm,第一用于建立靜張力(機組速度為O)時計算n和M,第二用于穿帶時,開卷機與夾送輥(或卷取機)聯(lián)合點動(未加載張力)計算n。

        2.2 速度給定計算

        開卷機的給定是通過入口區(qū)域主線速度給定計算的,入口區(qū)域主線速度是通過整個線的速度給定根據(jù)爐區(qū)延伸率計算得出的。通過入口區(qū)域主線速度給定、開卷機卷徑和減速機齒輪比計算出開卷機的角速度,給到變頻器上。計算公式為:

        AngSp=(LinSp×GearR×1000)/(Diam×PI)

        AngSp:開卷機電機角速度(rpm)

        LinSp:入口區(qū)域線速度設定值(m/min)

        Diam:開卷機的實際卷徑(mm)

        PI:圓周率

        從公式也可以看出,隨著卷運行卷徑越來越小,電機的角速度就越來越大。

        2.3 開卷機轉(zhuǎn)矩相關的計算

        2.3.1 靜阻轉(zhuǎn)矩的計算

        開卷機在勻速運行時所有機械必然存在滑動摩擦力,同時旋轉(zhuǎn)也會形成風的阻力。其中滑動摩擦力主要包括電樞和鋼卷等旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的阻力。在程序中靜阻轉(zhuǎn)矩叫“l(fā)osstorque”計算公式為:

        Loss_Tq=Ppro×N±PFix

        Ppro:開卷機的摩擦系數(shù)

        N:開卷機的轉(zhuǎn)速

        PFix:轉(zhuǎn)矩摩擦補償值

        其中開卷機的摩擦系數(shù)和轉(zhuǎn)矩摩擦補償值是在調(diào)試時測量出來的,都為常數(shù)。當速度為正值時,加上轉(zhuǎn)矩摩擦補償值;當速度為負值時,減去轉(zhuǎn)矩摩擦補償值。1#開卷機的轉(zhuǎn)矩摩擦補償值為44.537。

        從公式可以看出,速度越高,靜阻轉(zhuǎn)矩越大。

        2.3.2 動態(tài)轉(zhuǎn)矩的計算

        開卷機處于加速運行時,整個系統(tǒng)都會沿著電機旋轉(zhuǎn)方向運動并產(chǎn)生角加速度,角加速度與旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量的乘積就是所需的動態(tài)轉(zhuǎn)矩,也叫轉(zhuǎn)動慣量。程序中轉(zhuǎn)動慣量(inertiatorque)的計算公式是:

        Inertia_Tq=[(PI×D×W×(D_E-D_I))÷(32×G)+Pd2]×(2×G×ACC)×Eff÷D_E

        PI:圓周率

        D_E:開卷機的卷的外徑

        D_I:開卷機的卷的內(nèi)徑

        Pd2:轉(zhuǎn)動慣量系數(shù)

        G:開卷機減速機齒輪比

        Acc:加速度(m/s2)

        Eff:開卷機的機械效率

        通過公式可以看出,開卷機的加速度越大,所需的動態(tài)轉(zhuǎn)矩就越大,開卷機的內(nèi)徑是不變的,開卷機卷的外徑越大,所需的動態(tài)轉(zhuǎn)矩就越大。

        2.3.3 開卷區(qū)張力值轉(zhuǎn)化為電機轉(zhuǎn)矩

        開卷區(qū)張力設定值一般是通過二級計算后設定的,也可以手動輸入。張力設定值通過轉(zhuǎn)化變?yōu)殚_卷機電機的轉(zhuǎn)矩,通過電機的轉(zhuǎn)矩控制張力。張力轉(zhuǎn)化為電機轉(zhuǎn)矩的公式:

        TensT=(TensR×10)×Diam/(1000×GearR)

        TensR:張力設定值(DaN)

        Diam:開卷機卷徑(mm)

        GearR:開卷機電機齒輪比

        2.4 開卷機張力控制分析

        開卷機運行分為兩種模式,一種是點動或聯(lián)動時的速度控制,另外一種是正常運行的間接張力控制。

        2.4.1 點動和聯(lián)動時速度的控制

        點動和聯(lián)動時,開卷機區(qū)域不產(chǎn)生張力,此時只是一個速度控制。不過除了速度的主給定,還有一個附件轉(zhuǎn)矩給定,主要是平衡摩擦和加減速時的動態(tài)損耗,就是將前面計算的靜阻轉(zhuǎn)矩和動態(tài)轉(zhuǎn)矩兩個的和賦值給附件轉(zhuǎn)矩,給到變頻器上,保證開卷機速度穩(wěn)定。

        2.4.2 開卷機間接張力的控制

        開卷機間接張力主要是通過負轉(zhuǎn)矩限幅實現(xiàn)的。變頻器通過速度給定與速度反饋比較給到速度調(diào)節(jié)器上,速度設定就為入口區(qū)域的主設定,跟入口區(qū)域主的速度輥1#張緊輥1#輥的速度設定一樣,速度調(diào)節(jié)器計算完成后給到轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器上。由于沒有給附件轉(zhuǎn)矩,這時就相對于沒有給定摩擦和加減速時的補償,轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器就是一個飽和狀態(tài),轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器之后是轉(zhuǎn)矩限幅。由于開卷機產(chǎn)生的張力是向后的,跟開卷機速度方向相反,所有對張力的控制只是對負轉(zhuǎn)矩限幅作限制,正轉(zhuǎn)矩不限制為100%。負轉(zhuǎn)矩限幅包括兩個部分,一部分為通過張力設定計算出的轉(zhuǎn)矩值,另一部分為開卷運行時損耗的補償轉(zhuǎn)矩即附件轉(zhuǎn)矩,將兩部分的值相加就為負轉(zhuǎn)矩限幅,通過負轉(zhuǎn)矩限幅后經(jīng)過轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)控制變頻器輸出,從而控制開卷機的張力。因為只是通過張力設定值去控制電機的轉(zhuǎn)矩,沒有采用張力反饋,所有這種控制不是閉環(huán)控制,即為間接張力控制。

        [1]張啟富,劉邦津.黃建中.現(xiàn)代鋼帶連續(xù)熱鍍鋅[M].冶金工業(yè)出版社,2007.846~869.

        [2]姚錫祿.變頻器控制技術與應用[M].福建科學技術出版社.2005,20~35.

        TG335

        A

        1671-0711(2017)01(下)-0176-02

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