冷轧连续退火线机组入口活套区域带钢张力控制仿真软件开发

冷轧连续退火线机组入口活套区域带钢的张力控制仿真软件开发

SimulationSoftwareoftheStripTensionControloftheEntryLooperintheColdRollingContinuousAnnealingLine

院（系）名称电气工程学院专业名称自动化学生姓名陈越学号070302100

指导教师白锐教授

冷轧连续退火机组入口活套是整个工艺流程的重要组成部分，入口活套通过充、放套改变活套套量，将活套小车的垂直位置变化量转化成水平方向的长度变化，以此来结合入口段与工艺段的速度差异，保证工艺段的匀速稳定运行。所以入口活套的带钢张力控制的稳定性直接影响到产品的质量，甚至生产操作人员的人身安全。在本毕业设计中利用Matlab/Simulink软件来建立模型仿真，通过对实际模型的仿真，就可以很快找到故障的原因。入口活套带钢张力控制对于冷轧生产线尤其是连续退火机组有着十分重要的意义，本文以冷轧连续退火机组的入口活套张力控制为背景，围绕着与入口活套相关生产工艺流程和连续性控制内容，对入口活套带钢张力控制方案作出选择，并确定活套车位置控制以及活套车张力补偿和惯性补偿等控制方法。然后通过对可编程控制器控制程序的分析研究，建立出活套车张力、速度、位置等参数的数学模型，最终利用Matlab/Simulink软件来建立模型仿真。

主要内容1冷轧连续退火机组工艺流程2入口活套的工作原理4入口活套区域带钢张力模型的建立及仿真

3入口活套车的控制方案活套在生产线中的位置生产线大体分为入口段，中间段和出口段三段，配备有三个立式活套塔——入口活套塔、出口活套塔和检查活套塔。入口活套位于清洗槽和退火炉之间，由2#张力辊和3#张力辊控制入口活套塔的入口速度和出口速度；出口活套位于退火炉和平整机之间，由6#张力辊和7#张力辊控制入口速度和出口速度；检查活套位于平整机和出口飞剪之间，由8#张力辊和9#张力辊控制入口速度和出口速度。生产线整体布局图

活套的作用

在工艺流程中，活套的主要作用就是存储带钢，保证退火炉内的带钢能持续不断的运行。在入口段，飞剪剪切，焊机焊接，月牙剪动作的过程中，入口活套向退火炉提供带钢。在出口段，当平整机进行在线换辊时，出口活套用于存储从退火炉中生产出来的带钢。当检查台上对带钢进行检查短时停机时，检查活套塔用来存储平整机生产出来的带钢。在稳定运行过程中，入口活套内应该是充满带钢，出口活套和检查活套应该处于空套状态。1冷轧连续退火机组工艺流程2入口活套的工作原理4入口活套区域带钢张力模型的建立及仿真

3入口活套车的控制方案入口活套的工作原理从中间速度降至低速50mpm

飞剪切除带尾厚度超差部分

稳定运行前后带钢进行焊接

冲出月牙

加速至最大速度650mpm

减速至中间速度

1冷轧连续退火机组工艺流程2入口活套的工作原理4入口活套区域带钢张力模型的建立及仿真

3入口活套的控制方案

根据活套车的位置控制带钢的线速度指当活套小车到达指定的同步位置时，活套小车的速度与工艺段速度达到同步。活套车的速度表达式：

根据活套车的位置控制带钢的线速度

V1:活套车的速度；VE:活套塔的入口速度；VD:活套塔的出口速度；N:活套的股数；当V1>0时，活套塔处于充套状态，活套车向上移动，套量增加；当V1<0时，活套塔处于放套状态，活套车向下移动，套量减少；当V1=0时，活套塔处于稳态运行状态，活套车停止，套量不变。活套的同步位置是用百分数形式表示的。活套同步位置的百分数形式是用定的同步位置，减去下急停位置（下急停位置即LOWES的位置，设为0%的位置，再除以上急停位置（即UPES的位置，设为100%的位置）求出来的。当活套小车达到同步位置时，活套小车停止移动，实现线速度同步控制。

可用以下例子说明一下位置控制的过程。对于入口活套而言，当入口速度大于出口速度的时候，活套车向上运行，到达活套塔95%的位置时，使VE=VD，V1=0，活套车的位置保持，套量不变。此时入口活套处于上同步状态。入口自动减速时，入口速度小于出口速度，此时，入口活套放套，活套车向下运行，当达到活套塔的30%位置时到达下同步位置，此时使入口速度和出口速度相等，使V1=0，活套车稳定运行，达到同步控制。

张力控制

活套部分张力控制的目的是为了防止带钢跑偏，并保持板形平直。因此，张力控制是活套控制比较重要的环节之一。如果控制不当，带钢容易被拉断。对活套小车的速度以及活套下部辅助辊的速度的控制会对张力有直接影响。在活套进行充放套的过程中，活套小车沿轨道上下移动时，活套下部带有驱动的辅助辊也需要配合活套小车的移动进行加速或减速。但对活套车以及活套下部辅助辊进行控制的过程中，需要维持张力的恒定。因此，张力也作为一种补偿，应加入到活套车以及活套下部辅助辊的控制环节中去。

经换算投入到转矩电流限幅环节（CLC）活套控制车控制框图1冷轧连续退火机组工艺流程2入口活套的工作原理4入口活套区域带钢张力模型的建立及仿真

3入口活套的控制方案入口活套区域带钢张力模型的建立

入口活套第一个小车的简化模型，其中1#辊子和5#带有电动机为传动辊。2#辊子、3#辊子和4#辊子不带电动机，为随动辊。忽略带钢的自重。已知入口活套入口处速度为，出口处速度为，卷扬机的减速比为，卷扬机的半径为,小车的质量为m，卷扬机的电磁力矩为Tg[22]。所求：提升小车的力，卷扬机的角速度为，小车的加速度为，各个辊子的速度，各段带钢的张力。模型建立的详细过程如下：

1对每个辊子列写运动方程式：

………..2建立各个张力的计算公式：………..3建立小车的运动方程式：………..活套控制的Matlab/Simulink执行程序

初始张力设定为2000即Constantvalue对话框输入2000。仿真试验

阶跃信号跳变时间为300s、幅值500即Steptime对话框输入300，Finalvalue对话框输入500。

系统运行时间700sTM1的速度变化输出曲线

系统运行时间700sTM1的张力变化输出曲线

系统运行时间700sTM1的张力变化输出曲线

系统运行时间700sTM1的张力变化输出曲线

系统运行时间700sCAR1的位置变化输出曲线

系统运行时间700sCAR1的速度变化输出曲线

本文所研究的冷轧连续退火机组入口活套张力控制是冶金行业中发展迅速的一个领域，而对其进行软件开发及仿真更是一项及富有挑战性的工作。在这里，我首先要衷心地感谢我的导师——白锐教授。本文从最初的选题到最终完成，论文的字里行间也处处倾透了老师的心血。回首四年多