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卷取机卷轴速度控制系统卷取机卷轴速度控制系统卷取机卷轴速度控制系统卷取机卷轴速度控制系统编制仅供参考审核批准生效日期地址：电话：传真:邮编: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 引言： 31系统分析 4工艺过程分析 4控制目标及任务： 52工艺设备及控制系统设备简介 7卷取机组成 7电气传动系统配置 7直流调速 7交流调速 73、自动化控制系统组成、功能及设计思路 83、1自动化控制系统组成、功能 83、2卷筒速度控制思路由来及控制框图 84、卷轴速度控件说明及其主要控件型号简介 10SIEMENST400简介 10Ⅱ型热金属检测器 10概述 10灵敏度 10环境温度 11、传输距离 11输出形式 11检测温度 11光电码盘 11简介 11电机转速测量方法 11西门子6SE70变频器 125、计算卷筒转速的数学公式 135．1假设条件 135．2下面对卷筒转速计算公式进行推导: 135、3卷筒转速变化的趋势分析 146、总结 167、参考文献 17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。1系统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：。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。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。2工艺设备及控制系统设备简介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。电气传动系统配置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。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。3、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、功能卷取区自动化控制系统设有S7-400PLC一套、S7-300PLC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(IndustrialEthernet),与全线的S7-400PLC及HMI通讯。S7-400PLC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。S7-300PLC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取机控制框图：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T4004、卷轴速度控件说明及其主要控件型号简介SIEMENST400简介T400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。T400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。T400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187.5kbit/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。Ⅱ型热金属检测器概述HGJ_RⅡ型热金属检测器是在RⅠ型的基础上进一步改进而成的。HGJ_RⅠ型热金属检测器是为Ⅰ700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，RⅠ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RⅡ型“热检”RⅠ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_RⅡ已由生产厂在批量生产，国内有些钢厂正在使用。灵敏度HGJ_RⅡ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。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。、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。输出形式（1）继电器接点，开断容量100伏安。（2）开关量，高电平>伏，低电平<1伏（3）输出阻抗200欧。检测温度（700℃~1300℃）“热检”原设定指标为700℃~1300℃但根据工人师傅的经验温度在500℃~600℃也可测。光电码盘简介光电码盘是用光电的方法把测量角位移转换成以数字代码形式的电信号转换部件是把输入量转化成数字量输出的传感器，它的测量精度和分辨率高，抗干扰能力强，能避免在读标尺和曲线图是产生的人为视觉误差，便于用于计算机处理。它是测量技术、计算机技术和微电子技术的综合产物。电机转速测量方法用光电码盘检测电机转速的常用方法有M法、T法、M/T法等。由于卷曲速度需要无级调速，使用M/T法。所谓M/T法，实际上是M法与T法结合。实现该方法是指在测速的过程中，不仅测光电转速脉冲的个数，而且同时测取高频时钟脉冲的个数。这样，可以得到轴的转速为式中：fc为高频脉冲的频率；P为光电码盘转一周的脉冲数（本设计的P=1000个/周）；Tn、Tc分别为采样过程中对光电脉冲和时钟脉的实际计数时间。西门子6SE70变频器由于卷度电机为200KW的交流电机所以变频器选择型号为6SE7033-7EG60；输出电流370A；工作电压3相AC380V/50Hz/60Hz；报价169744人民币。此变频器采用CUVC控制板选用带测速装置的矢量T400与CUVC板都安在变频器的电子版内，一同安装在电子版箱内的还有DP网络通讯板CBP2。T400通过CBP2板及PROFIBUSDP网络与一级自动化系统交换控制信息，通过电子版箱内的底板总线与CUVC矢量控制板交换控制信息，速度控制在T400内完成。5、计算卷筒转速的数学公式5．1假设条件卷筒运行时,钢卷条件变化复杂,为便于分析,作几点假设:1）、首先假设,在开始升速前,已完成二次扩径的卷筒上钢卷的直径为初始卷径(),对应的线速度为初始速度(),并一般认为与卷筒直径和穿带速度相同2）、每圈带钢简化为许多薄壁园筒相互紧密套在一起,层间没有错动,并且层与层带钢之间没有间隙。3)、每圈带钢卷取完成后,除卷径改变外,对下一圈的卷取没有任何影响。4)、带钢为匀加速运行,加速度为轧机的最大加速度。5．2下面对卷筒转速计算公式进行推导:薄带钢卷取时,卷筒在穿带后二次扩径并开始加速,加速度为常数,由精轧机的能力确定。随卷取速度增大同时卷径也增大,转速、卷径、