卷取機卷軸速度控制系統(tǒng)卷取機卷軸速度控制系統(tǒng)卷取機卷軸速度控制系統(tǒng)卷取機卷軸速度控制系統(tǒng)編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:內(nèi)蒙古科技大學過程控制課程設計論文題目：卷取機卷軸速度控制系統(tǒng) 引言： 31系統(tǒng)分析 4工藝過程分析 4控制目標及任務： 52工藝設備及控制系統(tǒng)設備簡介 7卷取機組成 7電氣傳動系統(tǒng)配置 7直流調(diào)速 7交流調(diào)速 73、自動化控制系統(tǒng)組成、功能及設計思路 83、1自動化控制系統(tǒng)組成、功能 83、2卷筒速度控制思路由來及控制框圖 84、卷軸速度控件說明及其主要控件型號簡介 10SIEMENST400簡介 10Ⅱ型熱金屬檢測器 10概述 10靈敏度 10環(huán)境溫度 11、傳輸距離 11輸出形式 11檢測溫度 11光電碼盤 11簡介 11電機轉(zhuǎn)速測量方法 11西門子6SE70變頻器 125、計算卷筒轉(zhuǎn)速的數(shù)學公式 135．1假設條件 135．2下面對卷筒轉(zhuǎn)速計算公式進行推導: 135、3卷筒轉(zhuǎn)速變化的趨勢分析 146、總結(jié) 167、參考文獻 17引言：卷取機的用途是收集超長軋件,將其卷取成卷以便于貯存和運輸。卷取機是軋鋼車間的重要輔助設備。軋鋼生產(chǎn)實踐證明,卷取機的工作狀態(tài)直接影響著連軋機生產(chǎn)力的發(fā)揮。對強力、高速卷取設備的研究一直受到重視。熱帶鋼卷取機是熱連軋機、爐卷軋機和行星軋機的配套設備,有多種形式:地上式、地下式、有卷筒式、無卷筒式等。由于地下式卷取機具有生產(chǎn)率高、便于卷取寬且厚的帶鋼、卷取速度快而鋼卷密實等特點,所以現(xiàn)代熱連軋生產(chǎn)線上主要采用地下式卷取機。由于卷取機特別是卷筒的結(jié)構(gòu)復雜，卷筒電機的轉(zhuǎn)速變化范圍偏大，電氣控制有較大難度，在實際生產(chǎn)中，卷取故障在熱帶軋機機組的故障之中占有很高的比例。特別是目前卷筒轉(zhuǎn)速的選取偏高，使電氣控制裝置的調(diào)速范圍偏大，影響控制精度，且電氣傳動功率在高速區(qū)域的能力用不上，應設法改變。世界第一套熱帶軋機在1927年投產(chǎn)，早期的熱帶軋機采用恒速軋制技術(shù)，軋制速度最大12m/s。相應地下卷取機的卷筒轉(zhuǎn)速變化比較簡單，其最大值是在卷取開始穿帶時刻，此時的卷筒線速度等于軋制速度。穿帶后，卷筒轉(zhuǎn)速隨鋼卷直徑增大而下降。升速軋制技術(shù)在熱帶軋機上應用之后，軋機速度最大可達25m/s而卷取機由于穿帶速度的限制，開始卷取速度為8～12m/s建立張力后隨軋機同步升速軋制和卷取[。此時的卷筒轉(zhuǎn)速變化情況很復雜，由于卷徑不斷增大，卷筒的線速度總是小于(穿帶時等于)卷取速度，所以隨卷取速度的增大，卷筒轉(zhuǎn)速既可能增加也可能減少，處于不確定的狀態(tài)，但對于轉(zhuǎn)速增加的上限及增加過程結(jié)束的條件沒有定論。為使卷取速度滿足軋機速度要求，通常根據(jù)軋機速度確定卷筒轉(zhuǎn)速，此時卷筒的最大線速度與軋機的最大速度基本相同。總之如何選取卷取機卷筒的速度是決定卷取機好壞的關鍵。1系統(tǒng)分析工藝過程分析如圖1中所示，熱軋卷取機系統(tǒng)由卷筒、助卷輥、夾送輥、側(cè)導板和輸出輥道組成。熱軋卷取機的工作過程為以下三個階段：。1)帶鋼頭部穿出精軋機末端機架，為了使帶鋼更好的在輸出輥道上運行，防止帶鋼頭部跳動，輸出輥道以大于精軋機末端機架的超前速度運行，給帶鋼一個前向張力，同時，夾送輥、卷筒以及助卷輥均以一定的超前速度運行，助卷輥擺下到卷筒邊緣，以便帶鋼頭部進入卷筒時給帶鋼一個下壓力；2)帶鋼頭部運行到距離夾送輥至某一距離，夾送輥由速度控制切換到轉(zhuǎn)矩控制，夾送輥以前向張力使帶鋼穿過夾送輥；3)卷筒建立張力，夾送輥輸出后向張力以承擔一部分卷取張力，其方向與卷筒相反，同時，卷筒由速度控制切換為轉(zhuǎn)矩控制，通過調(diào)節(jié)電機的輸出轉(zhuǎn)矩設定值，使帶鋼承受一定的張力并以該張力進行卷取工作。由于帶鋼已經(jīng)建立張力，為了防止劃傷帶鋼表面，助卷輥擺開，遠離帶鋼；4)帶鋼尾部離開精軋機末端機架，夾送輥承擔的后向張力加大，同時，卷筒由轉(zhuǎn)矩控制切換回速度控制，以同步速度運轉(zhuǎn)，助卷輥擺回到預定位置來控制鋼卷尾部的卷型，其與卷筒之間的距離由帶卷的預算直徑的大小來決定；5)帶鋼尾部運行到夾送輥，夾送輥由轉(zhuǎn)矩控制切換回速度控制，以滯后速度運轉(zhuǎn)。同時卷筒開始慢慢減速直到卷取完畢后停止。控制目標及任務：卷取機的工作過程中，包含兩個速度控制階段。第一個階段，當帶鋼頭部穿出精軋機末端機架時開始，此時帶鋼要經(jīng)過輸出輥道和夾送輥，最后纏繞在卷筒上。在這一階段卷取機為速度控制階段。為了使帶鋼在咬入卷筒前，有良好的運行狀態(tài)，因此，輸出輥道和夾送輥的運行速度要大于帶鋼出精軋機末端時的速度，這樣，在帶鋼前后由于有一定的速度差而產(chǎn)生一定的張力，使帶鋼良好的前行。同時，由于帶鋼頭部在卷筒處咬鋼前經(jīng)過夾送輥，其速度已經(jīng)為超前速度，因此，為了使帶鋼更好的咬入卷筒進行卷取，卷筒的速度也要設定為超前速度，并且要稍大于夾送輥的速度。輸出輥道、夾送輥和卷筒速度的設定值為帶鋼出精軋機末端機架的速度再加上一定比例的速度超前率。該超前率由控制臺分別給定。該速度控制過程直到帶鋼在卷筒處建張，產(chǎn)生信號時結(jié)束；第二個速度控制階段，為帶鋼尾部穿出精軋機末端機架時，卷取機又從張力控制方式切換到速度控制方式下。此時由于帶鋼尾部已經(jīng)離開精軋機末端機架，因此，帶鋼尾部和卷筒之間的張力要由速度差來提供，這樣才能保持帶鋼尾部的良好卷取。由于此時卷筒為帶鋼提供了一個向前的張力，為了保持帶鋼平整，要在帶鋼尾部加一定向后的張力，此張力由輸出輥道、夾送輥、助卷輥與卷筒之間的速度差提供，因此，在這一階段的速度控制中，卷筒的速度與帶鋼從張力控制切換到速度控制時的大小一致，而輸出輥道、夾送輥和助卷輥的速度要滯后于這一速度值，具體的滯后率由控制臺分別給定，這樣，在卷筒和輸出輥道、夾送輥和助卷輥之間就產(chǎn)生了一定的速度差來提供帶鋼需要的張力。隨著卷取過程的進行，帶鋼的速度逐漸的減小，直至帶鋼卷取完畢。2工藝設備及控制系統(tǒng)設備簡介卷取機組成卷取機主要有側(cè)導板、卷筒、助卷輥、夾送輥、運卷小車、快速鏈、搬運機、慢速鏈、托卷機收集臺架等。電氣傳動系統(tǒng)配置直流調(diào)速卷取區(qū)直流傳動設備采用國產(chǎn)Z系列和ZZJ800系列直流電動機拖動,選用德國西門子公司的6RA70系列全數(shù)字式直流調(diào)速裝置供電。直流調(diào)速裝置進線側(cè)采用公共整流變壓器及進線電抗器。卷取機的調(diào)速裝置內(nèi)配有T400工藝板及卷取控制軟件,它是SIMADYND系統(tǒng)新一代工藝類型產(chǎn)品,32位CPU板具有極高的運算能力和強大功能。實現(xiàn)卷取機的張力控制、卷徑計算、動態(tài)及空載補償、摩擦力矩補償、彎曲力矩補償?shù)裙δ堋＝涣髡{(diào)速輔助的交流調(diào)速設備如輸出輥道、機上輥道、導向輥傳動、助卷輥輥縫調(diào)整、夾送輥輥縫調(diào)整采用國產(chǎn)YSG或YTSP系列交流變頻異步電動機拖動,選用德國西門子公司的6SE70系列全數(shù)字式交流變頻調(diào)速裝置,采取公共整流變壓器、公共交流母線、變頻器入口側(cè)加進線電抗器的形式供電。交直流調(diào)速裝置通過通訊板CBP2作為從站上掛到卷取區(qū)自動化控制系統(tǒng)的分布式現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP網(wǎng)上。通過PROFIBUS-DP協(xié)議與自動化控制系統(tǒng)進行過程控制數(shù)據(jù)及控制命令的交換。3、自動化控制系統(tǒng)組成、功能及設計思路3、1自動化控制系統(tǒng)組成、功能卷取區(qū)自動化控制系統(tǒng)設有S7-400PLC一套、S7-300PLC一套、操作員站HMI一套。卷取區(qū)自動化系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu),PLC與遠程I/O站ET200M及傳動裝置通過過程現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP通訊。CP443-1通訊模塊將PLC聯(lián)接到工業(yè)以太網(wǎng)(IndustrialEthernet),與全線的S7-400PLC及HMI通訊。S7-400PLC主要完成卷取區(qū)與帶卷運輸區(qū)設備自動及手動邏輯控制、速度及張力給定控制、層流冷卻控制、機前機上導尺的開口度APC控制、夾送輥及助卷輥輥縫APC控制、卸卷自動手動控制、快速及慢速運輸鏈APC控制、PROFIBUS-DP及工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊控制等。S7-300PLC主要完成卷取區(qū)傳動液壓站控制、PROFIBUS-DP與主站S7-400的數(shù)據(jù)通訊控制等。操作員站HMI設置在卷取區(qū)操作臺上,主要包括卷取區(qū)主畫面、卷取區(qū)軋制程序表畫面、卷取區(qū)設定畫面、趨勢圖畫面、卸卷狀態(tài)畫面、運輸鏈畫面、液壓、潤滑站畫面、故障報警一覽表等動態(tài)顯示及設定畫面。3、2卷筒速度控制思路由來及控制框圖卷取機控制框圖：根據(jù)上面的框圖可知抽象出卷筒速度控制方塊圖如下：光電碼盤光電碼盤CUVC卷筒電機T4004、卷軸速度控件說明及其主要控件型號簡介SIEMENST400簡介T400工藝模板是西門子SIMADYN2D全數(shù)字控制系統(tǒng)的新一代工藝類產(chǎn)品,它是為西門子交流傳動裝置和直流傳動裝置設計的標準選件板,進行高級工藝控制。T400是一個獨立的單板計算機,它采用32位的SIMADYN2D處理器,通過雙向隨機存儲器口與傳動裝置中的計算機通訊,具有強大的計算能力和極高運算速度,可以完成工業(yè)控制中的多種控制任務。用戶在使用過程中只需了解它的接口,便可掌握其使用方法。T400工藝板有8個數(shù)字量輸入口,4個數(shù)字量輸出口(也可以設置成數(shù)字量輸入口),5個模擬量輸入口,2個模擬量輸出口,2個繼電器輸出點,2個光電編碼接口;1個標準的RS485和1個RS232串行通訊接口,借助于這2個接口可用控制面板或監(jiān)控軟件SIMOVIS監(jiān)視和修改參數(shù);1個USS串行通訊接口,可以建立起速率達187.5kbit/s的數(shù)據(jù)信道,經(jīng)由高速的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡與上位機連接;另外還有2個絕對式光電編碼器接口。Ⅱ型熱金屬檢測器概述HGJ_RⅡ型熱金屬檢測器是在RⅠ型的基礎上進一步改進而成的。HGJ_RⅠ型熱金屬檢測器是為Ⅰ700熱連軋機配套的自動化檢測儀表之一，主耍用于跟蹤和檢測鋼坯（板）位置。于76年初研制成功,并在我國目前軋鋼自動化程度較高的鞍鋼半連軋廠及首鋼軋鋼廠300車間生產(chǎn)線上投入運行。通過生產(chǎn)運行證明，RⅠ型“熱檢”靈敏度高,運行可靠、壽命較長、維護調(diào)整方便，受到現(xiàn)場的好評，為了使“熱檢”在結(jié)構(gòu)上、質(zhì)量上進一步提高，我們又研制了RⅡ型“熱檢”RⅠ型相比,結(jié)構(gòu)進一步簡化去掉了水冷，還加裝了指示燈,便于安襲調(diào)整及故障判斷，另外在造型上也由園型改為方形較為美觀。目前HGJ_RⅡ已由生產(chǎn)廠在批量生產(chǎn)，國內(nèi)有些鋼廠正在使用。靈敏度HGJ_RⅡ型“熱檢”系采用高靈敏的硅光敏三極管3DU33。輸入光流只要大于10毫安，繼電器即能可靠動作（繼電器采用JJDZ3—33小型中間繼電器，工作電壓12伏，電流80毫安，節(jié)點開斷容量100伏安）。“熱檢”的靈敏度與金屬的溫度與體積大小有直接的關系。環(huán)境溫度（—10℃~+60℃）由于“熱檢”采用了鋁合金外殼,有良好的散熱性能，所以環(huán)境溫度偏高時“熱檢”仍能正常工作在精軋入口前的一臺距離鋼板4米左右（斜線距離），鋼板溫度一般都要在900℃以上，在既無水冷又無風冷的情況下。曾連續(xù)工作達10個月以上未進行過一次維修。、傳輸距離（可達300米以上）為了考核“熱檢”的長線傳輸性能,在試驗室曾做過300米的長線試驗，在距離“熱檢”1米內(nèi)頻繁啟動電鉆及三相閘刀,均未發(fā)生因干擾而出現(xiàn)誤動作現(xiàn)象。輸出形式（1）繼電器接點，開斷容量100伏安。（2）開關量，高電平>伏，低電平<1伏（3）輸出阻抗200歐。檢測溫度（700℃~1300℃）“熱檢”原設定指標為700℃~1300℃但根據(jù)工人師傅的經(jīng)驗溫度在500℃~600℃也可測。光電碼盤簡介光電碼盤是用光電的方法把測量角位移轉(zhuǎn)換成以數(shù)字代碼形式的電信號轉(zhuǎn)換部件是把輸入量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量輸出的傳感器，它的測量精度和分辨率高，抗干擾能力強，能避免在讀標尺和曲線圖是產(chǎn)生的人為視覺誤差，便于用于計算機處理。它是測量技術(shù)、計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的綜合產(chǎn)物。電機轉(zhuǎn)速測量方法用光電碼盤檢測電機轉(zhuǎn)速的常用方法有M法、T法、M/T法等。由于卷曲速度需要無級調(diào)速，使用M/T法。所謂M/T法，實際上是M法與T法結(jié)合。實現(xiàn)該方法是指在測速的過程中，不僅測光電轉(zhuǎn)速脈沖的個數(shù)，而且同時測取高頻時鐘脈沖的個數(shù)。這樣，可以得到軸的轉(zhuǎn)速為式中：fc為高頻脈沖的頻率；P為光電碼盤轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù)（本設計的P=1000個/周）；Tn、Tc分別為采樣過程中對光電脈沖和時鐘脈的實際計數(shù)時間。西門子6SE70變頻器由于卷度電機為200KW的交流電機所以變頻器選擇型號為6SE7033-7EG60；輸出電流370A；工作電壓3相AC380V/50Hz/60Hz；報價169744人民幣。此變頻器采用CUVC控制板選用帶測速裝置的矢量T400與CUVC板都安在變頻器的電子版內(nèi)，一同安裝在電子版箱內(nèi)的還有DP網(wǎng)絡通訊板CBP2。T400通過CBP2板及PROFIBUSDP網(wǎng)絡與一級自動化系統(tǒng)交換控制信息，通過電子版箱內(nèi)的底板總線與CUVC矢量控制板交換控制信息，速度控制在T400內(nèi)完成。5、計算卷筒轉(zhuǎn)速的數(shù)學公式5．1假設條件卷筒運行時,鋼卷條件變化復雜,為便于分析,作幾點假設:1）、首先假設,在開始升速前,已完成二次擴徑的卷筒上鋼卷的直徑為初始卷徑(),對應的線速度為初始速度(),并一般認為與卷筒直徑和穿帶速度相同2）、每圈帶鋼簡化為許多薄壁園筒相互緊密套在一起,層間沒有錯動,并且層與層帶鋼之間沒有間隙。3)、每圈帶鋼卷取完成后,除卷徑改變外,對下一圈的卷取沒有任何影響。4)、帶鋼為勻加速運行,加速度為軋機的最大加速度。5．2下面對卷筒轉(zhuǎn)速計算公式進行推導:薄帶鋼卷取時,卷筒在穿帶后二次擴徑并開始加速,加速度為常數(shù),由精軋機的能力確定。隨卷取速度增大同時卷徑也增大,轉(zhuǎn)速、卷徑、