CN101579706A

CN101579706A - 一种重卷钢带断带保护控制方法

Info

Publication number: CN101579706A
Application number: CNA2009100627426A
Authority: CN
Inventors: 黄波; 熊盛涛; 陈志鹏
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: CN101579706B

Abstract

本发明涉及无张力检测设备的冷轧带钢重卷生产线发生断带时正确判断并及时采取保护措施的控制方法，它通过测量和计算与开卷机张力有关的各个物理量，从而推算出开卷机的理论张力值，然后将开卷机的理论张力值与实际设定张力值进行比较，当理论张力值小于实际设定张力阈值时，则认为钢带出现了断裂，应及时采取自动保护措施，同时故障报警。断带保护自动控制在机组高速运行时，实行快速保护停车，在机组低速运行时，实行正常保护停车。本发明方法具有控制准确、实现容易、系统简单、可靠的优点，它能够及时准确发现钢带断裂情况，并且实现自动停车保护，能够有效的将带钢损失和设备伤害降到最低点。

Description

一种重卷钢带断带保护控制方法

技术领域

本发明涉及一种应用于无张力检测设备的冷轧带钢重卷生产线发生断带时正确判断并及时采取保护措施的控制方法。

背景技术

冷轧带钢重卷生产线是冷轧带钢生产中的一条重要生产线，它主要是对冷轧带钢进行重卷、分卷、修边连续作业。该生产线主要由开卷机、圆盘剪、卷取机、夹送辊、边部对齐装置、上卸卷小车等设备组成。重卷生产线的正常分卷生产采用联动操作，开卷机电机和卷取机电机共同出力产生钢带张力。钢带张力过大会造成带钢的拉伸变形，张力过小会造成收卷不整齐，张力控制的效果直接影响着带钢的质量，因此适当的张力是保证生产过程正常进行的条件和产品质量的关键。通常开卷张力控制又分可为直接张力控制、间接张力控制和复合张力控制三种方式。其中，间接张力控制系统中没有张力检测元件，对张力的控制是通过对卷取机构的物理方程进行静态、动态分析，从中找出影响张力的所有电气物理量，对这些物理量进行控制，从而达到恒张力控制的目的。

机组在联动运行时会出现断带情况，由于没有断带检测装置，无法及时检测出带钢的张力情况，因此不能判断钢带的断裂情况，从而造成带钢损失和设备伤害。由于间接张力控制系统仅仅涉及带钢张力控制，没有设定机组在联动运行中出现断带情况时，机组的自动处理模式。当发生断带时，通常由人工观察判断，然后进行停机处理。而如何利用间接张力控制系统判断是否出现断带，并作出相应的故障，目前还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种用于冷轧带钢重卷生产线在无张力检测条件下的钢带断带保护方法，该方法在不增加任何硬件设备，可以对钢带断裂情况做出正确的判断，并及时采取有效的保护措施。

本发明的基本原理是，通过测量和计算与开卷机张力有关的各个物理量，从而推算出开卷机的理论张力值，然后将开卷机的理论张力值与实际设定张力值进行比较，当理论张力值小于实际设定张力阈值时，则认为钢带出现了断裂，应及时采取自动保护措施，同时故障报警。断带保护自动控制在机组高速运行时，实行快速保护停车，在机组低速运行时，实行正常保护停车。

本发明的技术方案是这样实现的，它包括以下步骤：

步骤1、计算出开卷机的理论张力值T；

步骤2、判断理论张力值T是否小于设定张力阈值，如果是，则断定出现钢带断裂；

步骤3、当钢带出现断裂时，发出自动停车保护指令；

步骤4、机组停车后故障报警，通知人工处理断裂钢带。

作为优选方案，所述步骤3还包括以下步骤：判断当前机组速度是否大于设定速度阈值，如果是，则发出机组快速停车保护指令；否则，发出机组正常停车保护指令。

同样作为优选方案，所述设定张力阈值为机组设定带钢张力的30％。

下面描述利用间接张力控制系统的反馈物理量，计算开卷机的理论张力值T。

与开卷机张力有关的物理量分别为开卷机的电机实际力矩，开卷机的钢卷直径，卷筒的惯性力矩和机械摩擦力等。下面逐一对以上各个物理量进行分析：

M_{Z} = \frac{π}{2} \cdot n_{p}^{2} \cdot φ_{m} F_{S} \cdot {SINθ}_{s} = \frac{π}{2} \cdot n_{p}^{2} \cdot φ_{m} F_{r} \cdot {SINθ}_{r} - - - (1)

式(1)中：M_z-电机实际力矩；

np-电机的极对数；

F_s、F_r-定转子磁势矢量的模值；

φ_m-气隙主磁通矢量的模值；

θs、θr-定子磁势空间矢量Fs、转子磁势空间矢量Fr，分别与气隙合成磁势空间矢量之间的夹角。

以上可以通过矢量转换最终得到电机的实际力矩，这些计算功能能够在带有芯片组的矢量控制变频器中实现。

M_{Z} = \frac{M_{T} + M_{F} + M_{J}}{i \cdot η} = \frac{T \cdot \frac{D}{2} + M_{F} + J \cdot \frac{&PartialD; ω}{&PartialD; t}}{i \cdot η} - - - (2)

式(2)中：i-卷筒轴到电机轴的传速比；

η-传动总效率；

T-开卷张力；

MF-摩擦力矩；

D-钢卷直径；

ω-卷筒的角速度；

t-开卷时间；

J-开卷机传动部分和钢卷的总的转动惯量。

其中钢卷直径D和开卷机传动部分和钢卷的总的转动惯量J是随着开卷过程变化而变化的物理量，并且发动惯量J与钢卷直径D有关，因此钢卷直径D是一个很重要的物理量。

开卷机卷径测量为间接方式，即通过测量钢材的线速度与开卷机卷筒转速来推算出卷径。开卷机与从动辊位置示意图如图1所示。带钢通过从动辊的长度与通过开卷机卷筒的长度是相等的，我们称之为流量相等法，即可得以下等式：

V = \frac{n \cdot D \cdot π}{60 i} = \frac{n_{d} \cdot D_{d} \cdot π}{{60 i}_{d}} - - - (3)

式(3)中：V-带钢的运行速度；

n-开卷机实际转速；

i-减速箱传动比；

D为开卷机卷径；

nd-从动辊实际转速；

id-减速箱传动比；

Dd-从动辊实际卷径。

等式(3)的左边是开卷机的实际线速度，右边是从动辊的实际线速度，该等式的成立条件是从动辊与带钢之间保持无相对滑动。从图中可以看出，从动辊是无电机驱动的，它的速度是直接通过安装在辊轴上的光电编码器计数而得，而没有经过减速箱，因此相对于从动辊的传动比id＝1，由等式(3)可以得到D，如下式(4)：

D = \frac{n_{d} \cdot i \cdot D_{d}}{n} - - - (4)

卷筒上总的转动惯量包括两部分：一部分为固定不变的J0，它等于卷筒、传动部分及电机等转换到卷筒轴上的转动惯量；另一部分为可变的，它等于钢卷的转动惯量，而钢卷可以近似地看成一个空心圆柱，它绕轴线的惯量可用空心圆柱体绕轴线的转动惯量以一个钢卷紧密系数s表示。即卷筒上总的转动惯量为：

J = J_{0} + J_{1} = J_{0} + \frac{1}{32} \cdot π \cdot ρ \cdot b \cdot (D^{4} - D_{0}^{4}) - - - (5)

式(5)中：ρ-带钢密度；

b-带钢宽度；

D-带卷直径；

Do-卷筒直径；

s-钢卷紧密系数，一般取0.85～0.95。

综合以上式(1)、(2)、(4)、(5)可以推算出开卷机的理论张力值T。

有益效果：本发明方法具有控制准确、实现容易、系统简单、可靠的优点，它能够及时准确发现钢带断裂情况，并且实现自动停车保护，能够有效的将带钢损失和设备伤害降到最低点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为开卷机与从动辊位置示意图。

图2为本发明的控制流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，本具体实施方式所涉及的某机组最高工作速度为400m/min，机组实际最高工作速度的限定可由高级管理员根据均衡生产需要设定。机组升、降速时间：20s(由V＝0m/min升速到V＝400m/min)；机组快速停机时间：10s；机组事故停机时间：＜6s；为保证机组平稳加减速，要求加速/减速曲线为S型曲线。机组的工艺要求：当机组联动时开卷机出力要保持在8KN至12KN之间，卷取机出力要保持在8KN至16KN之间。硬件设备包括PLC模块S7-400，变频器选用西门子公司的6SE70变频器。

如图2所示，本发明包括以下步骤：

步骤1、过程开始；

步骤2、判断机组是否正常运行？如果是，则执行步骤3；否则，执行步骤9，过程结束。

步骤3、根据式(1)、(2)、(4)、(5)计算出开卷机的理论张力值T；

步骤4、判断理论张力值T是否小于设定张力值的30％，如果否，返回步骤3；如果是，则断定出现钢带断裂，执行步骤5；

步骤5、判断机组速度是否大于200m/min，如果是，则执行步骤6；否则，执行步骤7；

步骤6、发出机组快速停车保护指令，机组快速停车；执行步骤8；

步骤7、发出机组正常停车保护指令，机组正常停车；执行步骤8；

步骤8、机组停车后发出故障报警，通知人工处理断裂钢带；

步骤8、过程结束。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1、一种重卷钢带断带保护控制方法，基于间接张力控制系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、计算出开卷机的理论张力值T；

步骤2、判断理论张力值T是否小于设定张力阈值，如果是，则断定钢带出现断裂；

步骤3、当钢带出现断裂时，发出停车指令；

步骤4、机组停车后故障报警，通知人工处理断裂钢带。

2、根据权利要求1所述的重卷钢带断带保护控制方法，其特征在于，所述步骤3还包括以下步骤：

步骤3-1、判断当前机组速度是否大于设定速度阈值，如果是，则发出机组快速停车保护指令；否则，发出机组正常停车保护指令。

3、根据权利要求1或2所述的重卷钢带断带保护控制方法，其特征在于，所述设定张力阈值为机组设定带钢张力的30％。