张力拉矫机自动控制系统的研究

张力拉矫机自动控制系统的研究

1拉矫机的应用在冷压板的连续生产中，通常使用下一种拉紧冲程序机，以下简称拉紧机。在酸洗工艺中,为了提高热轧带钢表面酸洗质量,在连续酸洗线的入口段设置拉矫机破鳞,清除氧化铁皮和其他杂质;在连续热镀锌镀后处理工艺段中,为了获得良好板形,消除板面的浪边、浪形、瓢曲及轻度的镰刀弯,改善材料的各向异性,消除屈服平台,阻止滑移线形成,同样设置拉矫机以满足工艺要求。当拉伸矫直时,板材因受张力拉伸和弯曲辊作用而具有纵向、横向、垂直于表面的厚度方向等三个自由度的变形,因而,在所有轴线位置上的滑移面都能活动,这就是拉伸弯曲矫直机的优越性。以本钢热镀锌线为例,拉矫机产生的张力为250kN,是活套张力的5倍。要求控制系统维持拉矫机内部张力平衡不影响生产线中其他各段的张力,满足升降速过程中的动态响应,达到工艺设计的各项指标。经几年的运行证明,调试方便,精度高,运行可靠。2机电控制系统1)工艺设备拉矫机由主机架,弯辊矫直装置,液压系统,电控系统,稀油润滑组成系统。如图1所示。2)主机架部分张紧辊R1～R4,直径1.25m;伞型差动传动齿轮箱G5、G6,重叠式差动行星齿轮箱G8用于延伸率控制。重叠式伞型差动行星齿轮箱G7、G9,用于1#、4#张紧辊张力补偿控制;主传动电机M2;延伸率传动电机M3;张力补偿电机M1、M4;螺栓式扭矩传感器YT1～YT4;延伸率控制长度检测装置PG5、PG6;速度反馈装置PG1～PG4。3)弯辊装置,WG上弯辊调节装置液压缸;辊缝提升螺杆调节装置;辊缝调节交流齿轮电机;辊逢检测脉冲发生器PG7;弯辊盒打开液压缸;弯辊;中间辊;支持辊。4)矫直装置,JG上矫直辊;上矫直辊调节;下矫直辊液压缸;中间辊;支承辊;辊缝提升螺杆调节装置;辊缝调节交流齿轮电机;辊缝检测脉冲发生器PG8。5)稀油,液压系统各一套。6)电控设备主控机一台,S5-155U,主板6ES5948;功能计算机MMC216两台,SSA-P;STRECK/DRES;微处理器8097控制的反并联无环流桥式整流装置SIMOREG-K,800A一台,250A一台,90A两台;工艺计算机TP-MSR(1～4)。3工艺参数调节拉矫机采用两种控制模式。①拉矫机张力控制模式当焊缝通过拉矫机时,弯曲辊和矫直辊自动抬起。当操作者在机旁操作箱选择了普通运行方式时,拉矫机一直处于张力控制方式,直至选择了延伸率控制,弯曲辊和矫直辊不能压下,张力值取决于拉矫机前的光整机和拉矫机后的张力辊。张力控制方式下,延伸率电机M3与主电机M2之间没有速度差,拉矫机4支辊子R1～R4线速度相等,传动力矩均由M2提供。②拉矫机延伸率控制模式当操作选择了延伸率控制方式,张力辊R3的速度取决于主电机M2和延伸率电机M3的速度和,张力辊R4的取决于补偿电机M4和延伸率电机的速度和。延伸率电机M3速度比主电机快,延伸率值E即为两者的速度差。延伸率控制投入时,弯曲辊和矫直辊自动压下,在大张力下调整带钢板形和平直度。拉伸矫直机延伸率控制精度非常高,主要靠补偿辊R1和R4调节。尽管R3与R4以及R1与R2的辊径相同,但在大张力作用下,衬胶辊发生一定变形,补偿辊R1和R4通过力矩传感器检测到由于辊径变化引起的张力波动,分别通过调整R1与R2、R3与R4之间速度差,达到稳定速度,保证恒定延伸率。所有的电机M1～M4都是速度控制的,电机M1工作在发电状态,电机M4则工作在电动状态。拉矫机控制系统示意图如图2所示。当延伸率控制投入时,R1和R4张力辊操作侧安装的脉冲发生器分别测得拉矫机入口处和出口处通过的带钢长度,由下式计算得实际延伸率,与设定值比较后决定M3的延伸率速度给定量,直到M3的速度稳定在给定的延伸率为止。计算式如下:E=L2−L1L1E=L2-L1L1式中,E为延伸率;L2为单位时间通过出口处带钢长度;脉冲当量0.785;L1为单位时间通过入口处带钢长度;脉冲当量0.785。补偿电机M1和M3控制R1与R2和R3与R4之间的力矩,维持拉矫机内部张力的稳定;主传动M2通过行星齿轮同时把力矩传递给4个张力辊,除了接受生产线速度参考值以外,还接收拉矫机入口张力值。拉矫机M1补偿电机、M4补偿电机和M3延伸率电机速度调节装置通过功能计算机通讯口一接受单电文,通过通讯口二接受预报电文和单电文。除了生产线速度VL,拉矫机还要考虑上游设备的影响,接受工艺速度VTECH,计算模型为:VTECH=YTB×H×E×[(VL+KVL)+DVL]VΤECΗ=YΤB×Η×E×[(VL+ΚVL)+DVL]式中,YT为张力控制器输出;VL为作业线线速度;B为带钢宽度;KVL为VL系数;H为带钢厚度;E为弹性模量;DVL为VL偏移量。同样,对拉矫机的下游设备也需考虑工艺修正量。在动态过程中,如果拉矫机前后张力发生变化,R1和R4承受的力改变,以入口辊为例,假如入口张力变大,张力辊R1衬胶辊面变形,相当于直径减少,为了维持线速度不变,维持延伸率值不受外部干扰,将R1和R2上的两个扭矩传感器LB70检测到的扭矩变化量取和,用以调整M1的转速,通过行星齿轮变速箱G7将速度叠加到R1张力辊上,直至达到生产线速度。同样,拉矫出口辊的调节过程也是如此,只是调节量极性相反。从整个生产线工艺设备来考虑,工艺参数的调节原则是上游设备动态参数变化时,调节下游设备来适应。因此,工艺设备间的调整由功能计算机SSA-P来完成;设备内部的控制调整由功能计算机STRECK/DRES来完成;设备内部各单元的控制调整由工艺计算机TP完成。1脉冲发生器电路2①过程信号采集。②张力辊扭矩检测拉矫机运行过程中,各个张力辊上所受张力值由扭矩传感器LB70/200KN检测,LB70输入电压10～35V直流,输入电压在标称范围内每增加1V,输出电压增加10mV,使用电压24V。将4个扭矩参数值送入现场力矩测量控制系统转换成国际标准信号0～10V,然后送往计算机系统AEPW转换成数字量参与闭环控制。安装时扭矩传感器标称方向与所受力方向相同时,输出为正,反之为负。在现场力矩测量控制系统中4个信号必须统一调零。③带钢长度测量为了计算拉矫机的延伸率,采用FG4AK-5000型2台脉冲发生器。每转5000个脉冲。实际值与设定值比较后实现闭环控制。每个脉冲发生器输出A、B两组脉冲列,可以实现方向辨认和双向计数。直流输入电压24V。用屏蔽电缆将信号送入计算机的32位高速脉冲计数器MMC-DEZ2。21通道控制字拉矫机第一、四、三机组成本系统中PLC是主令程序控制器,它通过通道发出所有使能信号,控制命令,参考值和运行信号给计算机。再由功能计算机传给拉矫机基础自动化级。PLC可编程序控制器CC3与功能计算机SSAP之间采用LE-BUS并行通讯总线。拉矫机功能计算机tp的控制张力拉矫机基础自动化级由工艺计算机板TP-MSR和SIMOREG-K组成。从直流电机M1～M4相对应设置了TP和SIMOREG,TP的任务是连续不断地接受上级计算机SSA(StripSpeedAutomation)和PLC通过DUST-6B串行总线传下来的控制电文,并将处理后的控制字电文用光纤电缆发送给SIMOREG;同时,TP接受SIMOREG-K运行的实际值并以返回电文格式传给上级功能计算机系统SSA和PLC。SIMOREG-K是全数字微处理机反并联无环流桥式整流装置,用于提供动力、调节速度和张力。控制电文格式分为四种:单电文;预报电文;参数电文和返回电文。拉矫机主电机M2一方面为4个张力辊提供动力,另一方面时刻跟随生产线的速度变化,因此M2的功能计算机TP接收上级功能计算机SSA传下来的预报电文和单电文,由电机上脉冲发生器、TP和SIMOREG-K构成速度环;延伸率控制电机M3和补偿电机M1、M4只接受单电文,除了它们各自都跟随生产线速度,由电机上脉冲发生器、TP和SIMOREG-K构成速度闭环以外,还分别由张力辊R1、R4带钢长度测量脉冲发生器、拉矫机功能计算机STRECK、TP和SIMOREG-K构成延伸率闭环控制;由扭矩传感器,拉矫机功能计算机STRECK,TP和SIMOREG-K构成张力闭环控制。电文正文由10个16位控制字组成,2个控制字,占4个字节;参数设定区占有16个字节。在电文块头有文本起始标志和接受地址,返回地址;块尾有