四輥軋機(jī)恒張力控制系統(tǒng).doc55

1、遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一頁四輥軋機(jī)恒張力控制系統(tǒng)摘要張力是冷軋過程中一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)，它影響力貫穿整個(gè)軋制生產(chǎn)線，不恰當(dāng)?shù)膹埩虿环€(wěn)定的張力不僅影響板材的厚度和板形等質(zhì)量指標(biāo)還降低鋼卷的成品率因此張力控制系統(tǒng)成為高精度冷軋控制系統(tǒng)的一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。張力系統(tǒng)是一個(gè)多臺(tái)電機(jī)聯(lián)合控制的復(fù)雜系統(tǒng)。保證軋制過程正常運(yùn)行的條件是各機(jī)架間在單位時(shí)間內(nèi)秒流量相等，若秒流量不相等就會(huì)引起機(jī)架間有張力作用。要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的軋制應(yīng)使個(gè)機(jī)架的秒流量相等，但在實(shí)際軋制過程中影響機(jī)架間張力的工藝參數(shù)很多，不可能做到無張力控制。在軋制過程中張力的相互作用是極其活躍的因素，因此張力問題成為核心問題之一。

2、本次設(shè)計(jì)主要利用歐陸590實(shí)現(xiàn)四輥軋機(jī)恒張力的自動(dòng)控制。詳細(xì)的闡述了實(shí)現(xiàn)可逆冷軋張力自動(dòng)控制的方法。關(guān)鍵詞 軋機(jī)，歐陸590，張力、自動(dòng)控制Four high rolling mill constant tension control system Abstract Tension is a very important in the process of cold rolling process parameters, which influence throughout the rolling production line, the tension of inappropriate or

3、 unstable tension affects not only the thickness of plate and strip shape quality indexes such as reducing the yield of steel coil so tension control system become a high-precision control system of cold rolling is a very key link. Tension system is more than a motor joint control of complex systems

4、. Ensure the normal operation of the process of rolling condition is second flow between each frame in the unit time are equal, if the second flow is not equal to what causes a tension between frame. In order to realize stable rolling should make a frame of the second flow are equal, but in the actu

5、al process of rolling many process parameters influencing tension between stands, not possible without tension control. In the interaction of tension in the process of rolling is extremely active factors, the problem of tension becomes one of the core issues. This design mainly with European 590 fou

6、r high rolling mill automatic control of constant tension. In detail elaborated the method of reversing cold rolling tension automatic control. keyword rolling mill、 Euro590、tension automatic control 1、概述1.1張力控制的發(fā)展歷史1.1.1早期的張力控制在上世紀(jì)八十年代以前，張力控制系統(tǒng)一般以模擬器件為主，系統(tǒng)的精度一般不高。到九十年代以后，隨著機(jī)電制造技術(shù)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)的

7、發(fā)展，專用的張力控制設(shè)備（器件）有了飛速發(fā)展。近些年來，隨著人們對(duì)產(chǎn)品要求的進(jìn)一步提高，張力控制越來越引起電氣工程師們的注意。早期的張力控制，絕大多數(shù)借助于模擬電子器件來實(shí)現(xiàn)，一般控制精度低，穩(wěn)定性差，效果欠佳。1.1.2現(xiàn)在的張力控制現(xiàn)在可以看出張力控制的發(fā)展趨勢(shì)是向多功能化產(chǎn)品系列化方向發(fā)展，集機(jī)械、液壓、電氣、計(jì)算機(jī)控制為一體，對(duì)張力控制的研究中，控制算法也相當(dāng)重要的一各環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的張力控制主要采用常規(guī)PID控制，PID控制基于偏差比例、積分和微分的集成算式算法，具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)，適用性廣可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)太特性和穩(wěn)態(tài)特性，只要正確的設(shè)置其參數(shù)便可以實(shí)現(xiàn)控制作用，因而被廣泛的作用為

8、控制器應(yīng)用于張力控制系統(tǒng)中現(xiàn)代電力電子技術(shù)和集成電子技術(shù)的發(fā)展，用簡便化的數(shù)字電路和微控制芯片取代了原來的模擬電路，使張力控制系統(tǒng)向著多功能，數(shù)字化，高精度的方向邁進(jìn)。2、歐陸590簡介2.1歐陸590簡介590系列電動(dòng)機(jī)速度控制裝置，是作為與配套控制設(shè)備安裝在標(biāo)準(zhǔn)箱內(nèi)的部件而設(shè)計(jì)的。控制裝置使用交流110到500伏的3相標(biāo)準(zhǔn)電壓，提供直流輸出電壓和電流，用于電樞和勵(lì)磁，適用于直流他激電動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī)的控制。2.1.1用歐陸590實(shí)現(xiàn)可逆冷軋的張力控制歐陸590是英國EUROTHERM公司生產(chǎn)的全數(shù)子化直流驅(qū)動(dòng)器，分單象限和四象限兩種配置，輸出電流從15A到2700A分成16個(gè)檔次。三相交流

9、輸入分220V，500V及690V三個(gè)等級(jí)。獨(dú)立或非獨(dú)立可控勵(lì)磁最大輸出30A。590將整個(gè)的控制算法分成36類功能模塊，用戶通過模塊組態(tài)可滿足各種傳動(dòng)特性的要求。本章主要介紹用590實(shí)現(xiàn)可逆冷軋機(jī)主傳動(dòng)及卷取/開卷機(jī)傳動(dòng)的組態(tài)框圖。有關(guān)硬件配置及更詳細(xì)的控制功能請(qǐng)讀者參閱590使用手冊(cè)。建議讀者在學(xué)習(xí)本章前先閱讀590使用手冊(cè)。3、用歐陸590實(shí)現(xiàn)四輥軋機(jī)的張力控制3.1、軋機(jī)主傳動(dòng)算法用作軋機(jī)主傳動(dòng)的590算法就是通常的速度、電流雙閉環(huán)控制。控制算法主要由相加1、速度回路、電流回路、點(diǎn)動(dòng)/爬行、停車、斜坡、數(shù)字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出等模塊組態(tài)構(gòu)成。其功能要比模擬系統(tǒng)豐富得多?，F(xiàn)介紹

10、如下：3.1.1相加模塊1590提供兩個(gè)相加模塊，功能相同。分別為相加模塊1，2。通過相加模塊1，用戶可設(shè)定三路速度給定。其中一路通過模擬量輸入1端，可由電位器給定，也可由其他模擬量輸出設(shè)備給定。圖4.1為相加模塊1的組成。 圖4.1相加模塊13.1.2、模擬量輸入/輸出模塊模擬量輸入共有5個(gè)模塊，模擬量輸出有3個(gè)模塊，功能如圖4.2所示 (a) 模擬量輸入模塊1圖4.2(b) 模擬量輸出模塊13.1.3、數(shù)字量輸入/輸出模塊數(shù)字量輸入共有3個(gè)模塊，數(shù)字量輸出共有3個(gè)模塊，分別以C6、B5為例，功能如圖4.3所示 (a) 數(shù)字量輸出模塊C6圖4.3(b) 數(shù)字量輸出模塊B53.1.4、速度回路

11、模塊及停車模塊 速度回路可設(shè)定4路輸入，輸入經(jīng)停車斜坡處理后，與速度反饋相減，速度偏差經(jīng)PI補(bǔ)償后輸出，圖4.4為速度回路組成。(a)速度回路圖4.4(b)停車時(shí)間設(shè)定速度反饋方式由參數(shù)（47）選擇，分電樞電壓，測(cè)速機(jī)及光電脈沖發(fā)生器三種。3.1.5、電流回路模塊電流回路主要包括電流給定限幅（速度回路輸出限幅），電流反饋及電流偏差PI補(bǔ)償三部分。在卷取/開卷工作方式中，速度環(huán)飽和，張力電流給定經(jīng)由正向電流限幅（301）及反向電流限幅（48）進(jìn)入電流回路，在這里特別提醒讀者注意。電流曲線主要是限制弱磁升速階段的電樞電流值。弱磁升速階段，直流電機(jī)換向器的換向能力弱，應(yīng)限制電樞電流值。速度給定圖4.

12、5電流回路3.1.6、斜坡模塊階躍給定經(jīng)斜坡處理形成斜坡輸出或S曲線輸出。S曲線可實(shí)現(xiàn)無級(jí)加減速，得到平滑的速度變化，消除負(fù)載加減速度的突變過程?？蓮V泛應(yīng)用在電梯，要求速度平滑變化的傳送設(shè)備、電車、卷取機(jī)、印刷機(jī)械和擠壓設(shè)備中。采用S曲線還可減小加減速過程中的機(jī)械應(yīng)力，延長設(shè)備使用壽命。圖4. 6(a)為線性加速過程，加速度a(t)=k，速度v(t)=k*t。圖4.6(b)為S曲線加速過程，其中，ab段：a(t)=k1tv(t)=1/2*k1t2bc段：a(t)=k2 v(t)=v0 k2tcd段：a(t)=k2 k3t v(t)= k2t1/2*k3t2因此，整個(gè)加速過程ab段分成三部分，形

13、成的速度變化像S字母，稱之S曲線。采用S曲線，并不一定延長加速時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用中，往往不用S曲線和用S曲線的加速時(shí)間是一樣的，甚至用S曲線可以縮短加速過程。這是因?yàn)榧铀俣撕蜏p速端的平滑，中間線性段可用與Imax對(duì)應(yīng)的最大加速度。而當(dāng)用S曲線時(shí)，考慮到加速和減速兩端的實(shí)際允許，整個(gè)加速過程反而受到限制，延長了加速時(shí)間，如圖4.6(c)所示。圖4.6(a)線性加速度 圖4.6(b)S曲線圖4.6(c)斜坡模塊的組成見圖4.6(d)圖 4.6(d) 斜坡模塊3.1.7點(diǎn)動(dòng)/爬行模塊圖4.7點(diǎn)動(dòng)/爬行模塊3.2張力調(diào)節(jié)法 用作張力控制的控制算法主要由卷徑計(jì)算及保持、張力錐度計(jì)算、張力補(bǔ)償、弱磁補(bǔ)償、上升

14、/下降斜率等模塊組態(tài)構(gòu)成。3.2.1卷徑計(jì)算及保持圖4.8中，卷徑DV/n，其中，V是軋材線速度反饋值，n是卷取機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)線速度小于設(shè)置的最小線速度426時(shí)，卷徑計(jì)算停止。復(fù)位值462在開卷時(shí)設(shè)置滿卷直徑，卷取時(shí)設(shè)置空筒直徑。當(dāng)外部復(fù)位信號(hào)463有效時(shí)，復(fù)位值作為當(dāng)時(shí)的卷徑記憶值。斜率453用來對(duì)計(jì)算的卷徑值進(jìn)行濾波處理。圖4.8 卷徑計(jì)算及記憶3.2.2張力錐度計(jì)算根據(jù)卷徑的變化，調(diào)整張力給定值，一般張力隨卷徑增大應(yīng)逐漸減小或保持不變。參見圖4.9，求算法中，錐度函數(shù)采用雙曲線函數(shù)。當(dāng)錐度為+100%時(shí)，從最小卷徑到最大卷徑，轉(zhuǎn)矩值不變。M=TminDmax=TmaxDmin,可見張力隨卷徑

15、增大而減小。當(dāng)錐度為0%時(shí)，恒張力控制。當(dāng)錐度0時(shí)，張力隨卷徑的增大而增大。錐度由參數(shù)438設(shè)定。 圖4.9 張力錐度計(jì)算3.2.3張力補(bǔ)償 張力補(bǔ)償包括對(duì)靜摩擦力矩、動(dòng)摩擦力矩和負(fù)載GD2的補(bǔ)償。補(bǔ)償值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來設(shè)定。圖4.10靜摩擦力矩補(bǔ)償487動(dòng)摩擦力矩補(bǔ)償488開卷卷取489，489=1，開卷，489=0，卷取。開卷時(shí)，改變靜動(dòng)摩擦力矩的符號(hào)，因?yàn)檫@時(shí)摩擦力矩起阻力作用，可抵消部分電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩?？胀睪D2補(bǔ)償479卷材GD2補(bǔ)償480卷筒寬度481，最大寬度設(shè)定100%線速度設(shè)定值498，用以計(jì)算dv/dt濾波器時(shí)間常數(shù)482，用以對(duì)計(jì)算的dv/dt進(jìn)行平滑處理加速率計(jì)算483，用

16、以標(biāo)定慣量補(bǔ)償加速率，100%對(duì)應(yīng)最大線速度上升率。 設(shè)定值為線速度升至最大值所需要的時(shí)間，以秒為單位。3.2.4轉(zhuǎn)矩計(jì)算 圖4.11計(jì)算的轉(zhuǎn)矩值M，張力PI補(bǔ)償值及張力補(bǔ)償值相加經(jīng)限幅處理后作為速度環(huán)輸出限幅值。C4有效，4331，為張力控制方式。C4無效，4330，為速度控制方式，這時(shí)限幅值為200%。C6有效4341，正電流限幅值301為計(jì)算值，負(fù)電流限幅值為200%，這時(shí)為上卷取。C6無效，4340，負(fù)電流限幅值為計(jì)算值，正電流限幅值為200%，這時(shí)為下卷取。C6同時(shí)控制參數(shù)292，2921，給定n符號(hào)為正，2920，給定n的符號(hào)為負(fù)。3.2.5用戶PID590提供一個(gè)用戶PID模塊，

17、見圖4.3.6，供組態(tài)用。本例中用用戶PID當(dāng)乘法器，來實(shí)現(xiàn)弱磁補(bǔ)償，因此，比例增益1，積分禁止，微分增益0，濾波時(shí)間常數(shù)0，輸出投定1。圖中，409=1,取消積分。使能408接至C8，當(dāng)C81有效，408=1，PID補(bǔ)償有效，張力投入，同時(shí)使積分有效。圖4.12 用戶PID模塊3.2.6上升/下降斜率模塊圖4.13為上升/下降斜率模塊功能圖4.13上升/下降斜率模塊當(dāng)復(fù)位307有效或上電時(shí)，復(fù)位值由264輸出。輸出值受到259和258的限幅。其他各量的功能如圖4.14所示。 復(fù)位值255=0圖4.143.1.8張力調(diào)節(jié)原理圖圖4.15張力調(diào)節(jié)原理3.3設(shè)定值及調(diào)試3.3.1設(shè)定值1. 模擬量

18、輸入1（A2）為卷徑預(yù)置值 2. 模擬量輸入2（A3）為張力反饋值 3. 模擬量輸入3（A4）為線速度測(cè)量值 4. 模擬量輸入4（A5）為張力設(shè)定值5. 模擬量輸入5（A6）為轉(zhuǎn)速反饋 6. 數(shù)字量輸入1（C6）控制上卷取/下卷取7. 數(shù)字量輸入2（C7）為卷初始值預(yù)置允許 8. 數(shù)字量輸入3（C8）為張力補(bǔ)償投入控制給定9. C41，C30為點(diǎn)動(dòng)方式圖4.16為此部分設(shè)定值說明 圖4.16卷取開卷恒勵(lì)磁張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)3.3.2調(diào)試 1）調(diào)試前須知數(shù)據(jù)包括：空筒直徑，帶卷最大直徑，軋制最大線速度，電機(jī)在最小卷徑和最大線速度狀態(tài)下的最高轉(zhuǎn)速。2）初步設(shè)置檢查590+各參數(shù)應(yīng)在出廠設(shè)定值 設(shè)置最小直

19、徑425=最小直徑/最大直徑*100% C6=1,上卷取 保存參數(shù)3）標(biāo)定 最大張力反饋時(shí)，A3輸入為9V C8=0，參數(shù)462為空筒直徑，C7=1,預(yù)置有效，然后C7=0 A4作線速度給定，C3=1，系統(tǒng)工作在速度方式，調(diào)整速度回路PID參數(shù),電流回路PID參數(shù)自整定 調(diào)整速度反饋值4）張力工作方式 穿帶，卷取機(jī)咬住帶材 張力PID積分調(diào)節(jié)禁止(409=1) 調(diào)整A5給定，設(shè)置一個(gè)合適的張力值 主軋機(jī)停軋，線速度=0，張力允許C4=1，卷取機(jī)應(yīng)產(chǎn)生張力.如果無張力產(chǎn)生，檢查反饋和給定極性 檢查張力PID輸出417 張力設(shè)定作一小幅度階躍輸入，觀察張力反饋值。如果張力反饋值出現(xiàn)，說明張力PID

20、的比例增益太大作適當(dāng)調(diào)整，直至張力PID輸出穩(wěn)定為止。 張力PID的比例增益調(diào)整完成后，設(shè)409=0，積分有效。 增大積分增益可消除靜差，減小積分時(shí)間可改善響應(yīng)，但積分時(shí)間太小會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。 采用直接張力反饋時(shí),微分時(shí)間常數(shù)=0 增加線速度觀察張力變化 檢查滿卷時(shí)系統(tǒng)工作狀態(tài)4致 謝：首先，我要感謝我的導(dǎo)師齊老師和金老師，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，給了起到了指明燈的作用;他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，讓我很快就感受到了設(shè)計(jì)的快樂并融入其中。其次我要感謝同組同學(xué)對(duì)我的幫助和指點(diǎn)，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們的鼓勵(lì)和加油，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就不會(huì)如此的順利進(jìn)行。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)三個(gè)半月，是我大學(xué)學(xué)習(xí)中遇到過的時(shí)段最長、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設(shè)計(jì)。用老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)相當(dāng)如是把以前的小課程設(shè)計(jì)綜合在一起的過程，只要把握住每個(gè)小課