一种高速轧机电气传动控制系统的制作方法

本发明涉及电气控制系统，具体涉及一种高速轧机电气传动控制系统。

背景技术：

高速轧机目前大多都是采用电气控制的方式，但目前大多数的高速轧机电气传动控制系统普遍存在以下的缺陷：1、可靠性低，维护复杂；2、不可扩充性；3、编程复杂、不能使用自定义标准功能模块；4、不可配置能适应多种信号特性的I/O模块；5、硬件设计没有标准，不能模块化生产；6、自诊断能力低，不能实现自我的调整。

高速轧机在工作的过程中，由于卷取机的张力经常会发生变动，从而导致电气传统系统的反应过慢，难以保证高速轧机在工作过程中的稳定性，容易受到人为因素的影响，进而影响产品的加工生产质量。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种稳定性好且可实现自我诊断的高速轧机电气传动控制系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高速轧机电气传动控制系统，包括

轧机组，用于对带钢进行轧制加工；

直流调速模块，与轧机组信号连接，用于完成系统运行参数的设置，控制轧机组全线电机的协调工作以及控制轧机组的速度、张力稳定；

自动化控制模块，与轧机组信号连接，用于对轧机组进行监控，并根据监控的结果进行对轧机组自动调整；

可编程控制器，分别与轧机组、直流调速模块以及自动化控制模块信号连接，用于对轧机组、直流调速模块以及自动化控制模块进行监控控制；

触摸屏，与可编程控制器信号连接，完成与可编程控制器的通讯、数据显示和故障查询。

所述轧机组包括用于对带钢进行轧制加工的卷取机，用于检测卷取机速度的偏导辊，用于带动偏导辊转动的电机，用于控制卷取机张力的斜坡发生器，安装于偏导辊中、用于将偏导辊的转速转为线速度的第一增量码盘，安装于电机转轴中、用于测量偏导辊角速度的第二增量码盘，以及用于减少带钢卷径变化扰动的积分器。

所述直流调速模块控制轧机组张力稳定的具体步骤为：

S1、张力给定

带钢在卷取机卷取的过程中，带钢的卷取张力大小由带钢屈服极限σ和厚度h计算而得，带钢的卷取张力T＝qbh＝σkbh

其中：σ为屈服极限；k为计算系数，值为0.2—0.8；b为带钢宽度mm；h为带钢厚度mm；

S2、带钢卷径计算

第一增量码盘将偏导辊的转速转换成实际线速度S，角速度ωr由安装于电机转动轴轴端的第二增量码盘测量，得出带钢实际卷径D＝S/ωr；随后，积分器对得出的带钢实际卷径D进行滤波处理，得出带钢的最终卷径值D₁＝D+Δ，Δ为带钢卷径单位时间的变化量；

S3、张力力矩计算

设定卷取机的轧制张力T，折算到电机转轴上的力矩为：

M_T＝K·D₁T/2

式中在开卷时：卷取时：

η,i分别为传动效率，速比；

S4、空载力矩补偿

根据卷取机卷筒的速度，对卷取机进行空载力矩补偿；

S5、动态力矩补偿计算

由卷径线速度变化dv、dt和卷径变化D-D₀决定的加速力矩计算公式如下：

动态补偿的公式：

M_动＝M_动1+M_动2

其中：

M_动1为带钢卷轴的转动惯量；

M_动2为带钢的转动惯量；

D_N为卷取机卷筒的直径；

i为减速比；

D₀为卷筒直径，米

b为带钢宽度，米

ρ为带钢密度，公斤/米²

s为带卷卷取时充填率，它与带卷层致密程度和卷取张力有关，取值为s＝0.85-0.90。

所述触摸屏为HMI触摸屏。

发明的有益效果在于：

本发明的高速轧机电气传动控制系统主要由直流调速模块、自动化控制模块以及可编程控制器组成，各个模块均可标准化生产，从而提高了本系统的通用标准性，降低了维护以及控制程序的复杂性；此外，通过直流调速模块可控制轧机组张力、速度稳定，消除了认为因素的影响，保证了产品的加工生产质量。

附图说明

图1为本发明高速轧机电气传动控制系统的系统框图；

图2为带钢卷径计算的示意图；

图3为积分器工作原理图；

图4为动态摩擦曲线；

图中：1、轧机组；2、直流调速模块；3、自动化控制模块；4、可编程控制器；5、触摸屏。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示，本发明高速轧机电气传动控制系统包括轧机组1，用于对带钢进行轧制加工；直流调速模块2，与轧机组1信号连接，用于完成系统运行参数的设置，控制轧机组1全线电机的协调工作以及控制轧机组1的速度、张力稳定；自动化控制模块3，与轧机组1信号连接，用于对轧机组1进行监控，并根据监控的结果进行对轧机组1自动调整；可编程控制器4，分别与轧机组1、直流调速模块2以及自动化控制模块2信号连接，用于对轧机组1、直流调速模块2以及自动化控制模块3进行监控控制；触摸屏5，与可编程控制器4信号连接，完成与可编程控制器4的通讯、数据显示和故障查询，本实施例中，该触摸屏5为人机界面(Human Machine Interface，HMI)触摸屏。

其中，上述的轧机组1包括用于对带钢进行轧制加工的卷取机，用于检测卷取机速度的偏导辊，用于带动偏导辊转动的电机，用于控制卷取机张力的斜坡发生器，安装于偏导辊中、用于将偏导辊的转速转为线速度的第一增量码盘，安装于电机转轴中、用于测量偏导辊角速度的第二增量码盘，以及用于减少带钢卷径变化扰动的积分器。

所述直流调速模块控制轧机组张力稳定的具体步骤为：

S1、张力给定

带钢在卷取机卷取的过程中，卷取机在卷绕带钢时，必须具有一定的张力，而带钢的卷取张力大小由带钢屈服极限σ和厚度h计算而得，带钢的卷取张力T＝qbh＝σkbh

其中：σ为屈服极限；k为计算系数，值为0.2—0.8；b为带钢宽度mm；h为带钢厚度mm；

S2、带钢卷径计算

第一增量码盘将偏导辊的转速转换成实际线速度S，角速度ωr由安装于电机转动轴轴端的第二增量码盘测量，带钢卷径计算的示意图如图2所示，际卷径周长＝πD＝实际线速度(S)＝实际角速度(ωr)x D，从而得出带钢的实际卷径D＝S/ωr，D∝Line Speed(S)/Reel Speed(ωr)

由于在轧制过程中，由于机械等原因造成速度的扰动，那么必然造成卷径的变化扰动，因此，在此步骤中，积分器会对计算得出的带钢实际卷径进行滤波，以减少速度引起的扰动，得到最终精确的卷径值D₁，D₁＝D+Δ；其中，积分器的工作原理如图3所示，Δ为带钢卷径单位时间的变化量，形成一个斜坡函数发生器，使卷径随时间递增或递减变化，具有滤波的作用，减少速度引起的扰动，得到稳定准确的卷径值。

S3、张力力矩计算

设定卷取机的轧制张力T，折算到电机转轴上的力矩为：

M_T＝K·D₁T/2

式中在开卷时：卷取时：

η,i分别为传动效率，速比；

S4、空载力矩补偿

根据卷取机卷筒的速度，对卷取机进行空载力矩补偿；

由于卷取机卷筒运行时会发生机械等摩擦作用，会损失电磁力矩，所以这部分需要补偿，空载力矩补偿与速度是一个非线性函数，也就是说空载力矩补偿在不同速度下的值是不同的。

为了知道摩擦力与转速的关系，需要确定不同速度点时的转矩电流，根据此空载转矩电流计算在该速度点的摩擦补偿量，动态摩擦曲线如图4所示。

S5、动态力矩补偿计算

由卷径线速度变化dv、dt和卷径变化D-D₀决定的加速力矩计算公式如下：

动态补偿的公式：

M_动＝M_动1+M_动2

其中：

M_动1为带钢卷轴的转动惯量；

M_动2为带钢的转动惯量；

D_N为卷取机卷筒的直径；

i为减速比；

D₀为卷筒直径，米

b为带钢宽度，米

ρ为带钢密度，公斤/米²

s为带卷卷取时充填率，它与带卷层致密程度和卷取张力有关，取值为s＝0.85-0.90。

经过上述几个步骤的处理，即可实现在带钢初始卷径到最大(或最小)卷径的过程中，实际张力设定张力与始终不变，从而实现恒张力卷取轧制，消除了认为因素的影响，保证了产品的加工生产质量。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于发明权利要求的保护范围之内。