CN104460503B - 一种带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，步骤如下：步骤一、判断电机是否建立励磁，是则记录励磁接通时间，否则判断是否有无联动操作，当励磁接通时间大于上限值时，断开励磁并结束判断；步骤二、判断生产线上是否有带钢，如果有判断电机是否启动，启动则电机启停次数加一，记录电机启停次数时间周期，计算励磁接通持续时间，若未启动则记录电机启停次数时间周期，然后计算励磁接通持续时间，如果生产线上没有带钢则结束励磁控制；步骤三、判断记录电机启停次数时间周期是否达到阈值，随后结束励磁控制。本发明在原有设备基础上自动建立励磁控制方法，具有工作效率高、设备损耗低的特点，可以广泛应用于钢铁冶炼技术领域。

Description

一种带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别是涉及一种带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法。

背景技术

交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生旋转磁场并切割转子，获得转矩。交流异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点，被广泛应用于各个领域，在冶金行业基本80％以上的电力拖动设备都是靠交流异步电动机完成的。带钢平整生产线是板带生产线的比较常用的设备，主要是对冷轧退火卷和热轧酸洗卷进行平整轧制，当前平整生产线的主要机械设备是采用交流异步电动机驱动的，因此如何控制交流异步电动机的运行方式直接影响带钢平整生产线的生产效率。

在带钢平整过程中要求主要机械设备的运作保持一致，特别是在穿带、平整、收卷等过程中启动时间同步，因此要求主要机械设备的驱动装置启动时间保持一致。带钢平整线的主要机械设备是通过交流异步电动机驱动，交流异步电动机启动的主要步骤是建立励磁，不同功率大小的电机建立励磁时间相差较大，为保证平整生产线参与联动的交流异步电动机的启动同步，因而要求参与联动的交流异步电动机励磁时间完全相同，该建立励磁时间就是功率最大的电机建立励磁时间。当前，对于平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法主要有两种方法：第一种方法是命令触发励磁控制法，该方法通过操作人员触发启动命令建立励磁；第二种方法是条件触发励磁控制法，该方法是通过判断启动条件建立励磁。两种方法各有利弊，第一种控制方法频繁启停所造成的变频器过流和超速故障，增加了操作时间，降低了工作效率；第二种控制方法使得电机长期处于励磁回路导通状态，增加电力损耗，增加设备故障率。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，在原有设备基础上自动建立励磁控制方法，具有工作效率高、设备损耗低的特点。

本发明提供的一种带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，包括如下步骤：步骤一、控制单元判断电机是否建立励磁，如果已建立励磁，则保持励磁接通状态，同时记录励磁接通时间t，即在励磁接通的时间t上增加计算一次执行周期T_c，如果未建立励磁，则判断是否有联动操作，无联动操作则结束励磁判断，如果有联动操作则建立励磁，同时将t清零重新记录励磁接通时间，当励磁接通时间t大于上限值T_max时，则断开电机的励磁，并结束励磁判断；步骤二、控制单元判断生产线上是否有带钢，如果有则判断电机是否启动，如果启动则电机的启停次数n增加计算一次，然后原有的记录电机启停次数时间周期T_n增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果电机没有启动，则原有的记录电机启停次数时间周期T_n增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果生产线上没有带钢则结束励磁控制；步骤三、控制单元判断记录电机启停次数时间周期T_n是否达到阈值，如果达到阈值则记录电机启停次数时间周期T_n和电机启停次数n均清零，随后结束励磁控制，如果没有达到阈值则结束励磁控制。

在上述技术方案中，所述步骤二中，所述励磁接通持续时间T计算公式如下：所述步骤三中，所述阈值为3072T_c。

在上述技术方案中，所述电机为开卷机电机，所述步骤一中，开卷机电机励磁接通时间为t1，所述开卷机的联动操作包括入口段联动、平整机前联动和全线联动，所述开卷机电机励磁接通时间t1的上限值为T_max1，记录开卷机电机启停次数时间周期为T_n1，开卷机电机启停次数为n1。

在上述技术方案中，所述电机为矫直机电机，所述步骤一中，矫直机电机励磁接通时间为t2，所述矫直机的联动操作包括入口段联动、平整机前联动和全线联动，所述矫直机电机励磁接通时间t2的上限值为T_max2，记录矫直机电机启停次数时间周期为T_n2，矫直机电机启停次数为n2。

在上述技术方案中，所述电机为平整机电机，所述步骤一中，平整机电机励磁接通时间为t3，所述平整机的联动操作包括平整机前联动、平整机后联动和全线联动，所述平整机电机励磁接通时间t3的上限值为T_max3，记录平整机电机启停次数时间周期为T_n3，平整机电机启停次数为n3。

在上述技术方案中，所述电机为张力辊电机，所述步骤一中，张力辊电机励磁接通时间为t4，所述张力辊的联动操作包括出口段联动、平整机后联动和全线联动，所述张力辊电机励磁接通时间t4的上限值为T_max4，记录张力辊电机启停次数时间周期为T_n4，张力辊电机启停次数为n4。

在上述技术方案中，所述电机为卷取机电机，所述步骤一中，卷取机电机励磁接通时间为t5，所述卷取机的联动操作包括出口段联动、平整机后联动和全线联动，所述卷取机电机励磁接通时间t5的上限值为T_max5，记录卷取机电机启停次数时间周期为T_n5，卷取机电机启停次数为n5。

在上述技术方案中，所述执行周期T_c为0.1S。

在上述技术方案中，所述控制单元为西门子TDC控制器。

本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，具有以下有益效果：本发明在不改变原有系统硬件配置的情况下，通过建立励磁控制方法，既提高了工作效率，又降低了设备损耗。经过生产实际验证，平均每次减少励磁启动时间1.2秒，按照每生产一卷带钢平均联动操作20次计算，可减少生产时间24秒，平均可减少励磁接通时间35％。具有结构简单、工作可靠、成本较低、安全可靠、易于实现的特点，本发明已应用于武钢某平整生产线的试生产中，反应情况良好。本发明不仅可适用于平整生产线，同时也可以适用于其它交流异步电动机驱动的连续带钢生产线，具有较强的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法所涉及的平整机生产线机械设备结构示意图；

图2为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法所涉及的控制硬件系统的结构示意图；

图3为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法的流程示意图；

图4为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤一中开卷机电机的流程示意图；

图5为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤二和步骤三中开卷机电机的流程示意图；

图6为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤一中矫直机电机的流程示意图；

图7为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤二和步骤三中矫直机电机的流程示意图；

图8为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤一中平整机电机的流程示意图；

图9为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤二和步骤三中平整机电机的流程示意图；

图10为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤一中张力辊电机的流程示意图；

图11为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤二和步骤三中张力辊电机的流程示意图；

图12为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤一中卷取机电机的流程示意图；

图13为本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法中步骤二和步骤三中卷取机电机的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

参见图1，平整机生产线的主要机械设备由以下几个部份构成：开卷设备、入口设备、四辊平整机设备和出口设备，其中开卷机、矫直机、平整机、张力辊、卷取机是由交流异步电动机驱动，每台交流异步电动机是通过交流变频器来调速运行。参见图2，交流变频器通过现场总线的方式实现与控制单元的通讯，所有交流变频器的控制指令和状态信号通过现场总线进行双向传输。

参见图3，本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，包括如下步骤：

步骤一、控制单元判断电机是否建立励磁，如果已建立励磁，则保持励磁接通状态，同时记录励磁接通时间t，即在励磁接通的时间t上增加计算一次执行周期T_c，所述执行周期T_c为0.1S，如果未建立励磁，则判断是否有联动操作，无联动操作则结束励磁判断，如果有联动操作则建立励磁，同时将t清零重新记录励磁接通时间，当励磁接通时间t大于上限值T_max时，则断开电机的励磁，并结束励磁判断；

步骤二、控制单元判断生产线上是否有带钢，如果有则判断电机是否启动，如果启动则电机的启停次数n增加计算一次，然后原有的记录电机启停次数时间周期T_n增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果电机没有启动，则原有的记录电机启停次数时间周期T_n增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果生产线上没有带钢则结束励磁控制，所述励磁接通持续时间T计算公式为：

步骤三、控制单元判断记录电机启停次数时间周期T_n是否达到阈值，所述阈值为3072T_c，如果达到阈值则记录电机启停次数时间周期T_n和电机启停次数n均清零，随后结束励磁控制，如果没有达到阈值则结束励磁控制。

参见图4至图5，开卷机电机励磁控制过程如下：

步骤一、控制单元判断开卷机电机是否建立励磁，如果已建立励磁，则保持励磁接通状态，同时记录开卷机励磁接通时间t1，即在励磁接通的时间t1上增加计算一次执行周期T_c，如果未建立励磁，则判断是否有入口段联动、平整机前联动和全线联动的操作，无这些联动操作则结束励磁判断，如果有联动操作则建立励磁，同时将t1清零重新记录励磁接通时间，当励磁接通时间t1大于上限值T_max1时，则断开电机的励磁，并结束励磁判断；

步骤二、控制单元判断生产线上是否有带钢，如果有则判断开卷机电机是否启动，如果启动则开卷机电机的启停次数n1增加计算一次，然后原有的记录开卷机电机启停次数时间周期T_n1增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果电机没有启动，则原有的记录开卷机电机启停次数时间周期T_n1增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果生产线上没有带钢则结束励磁控制，所述励磁接通持续时间T计算公式为：

步骤三、控制单元判断记录开卷机电机启停次数时间周期T_n1是否达到阈值3072T_c，如果达到阈值则记录开卷机电机启停次数时间周期T_n1和开卷机电机启停次数n1均清零，随后结束励磁控制，如果没有达到阈值则结束励磁控制。

参见图6至图7，矫直机电机励磁控制过程如下：

步骤一、控制单元判断矫直机电机是否建立励磁，如果已建立励磁，则保持励磁接通状态，同时记录矫直机励磁接通时间t2，即在励磁接通的时间t2上增加计算一次执行周期T_c，如果未建立励磁，则判断是否有入口段联动、平整机前联动和全线联动的操作，无这些联动操作则结束励磁判断，如果有联动操作则建立励磁，同时将t2清零重新记录励磁接通时间，当励磁接通时间t2大于上限值T_max2时，则断开电机的励磁，并结束励磁判断；

步骤二、控制单元判断生产线上是否有带钢，如果有则判断矫直机电机是否启动，如果启动则矫直机电机的启停次数n2增加计算一次，然后原有的记录矫直机电机启停次数时间周期T_n2增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果电机没有启动，则原有的记录矫直机电机启停次数时间周期T_n2增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果生产线上没有带钢则结束励磁控制，所述励磁接通持续时间T计算公式为：

步骤三、控制单元判断记录矫直机电机启停次数时间周期T_n2是否达到阈值3072T_c，如果达到阈值则记录矫直机电机启停次数时间周期T_n2和矫直机电机启停次数n2均清零，随后结束励磁控制，如果没有达到阈值则结束励磁控制。

参见图8至图9，平整机电机励磁控制过程如下：

步骤一、控制单元判断平整机电机是否建立励磁，如果已建立励磁，则保持励磁接通状态，同时记录平整机励磁接通时间t3，即在励磁接通的时间t3上增加计算一次执行周期T_c，如果未建立励磁，则判断是否有平整机前联动、平整机后联动和全线联动的操作，无这些联动操作则结束励磁判断，如果有联动操作则建立励磁，同时将t3清零重新记录励磁接通时间，当励磁接通时间t3大于上限值T_max3时，则断开电机的励磁，并结束励磁判断；

步骤二、控制单元判断生产线上是否有带钢，如果有则判断平整机电机是否启动，如果启动则平整机电机的启停次数n3增加计算一次，然后原有的记录平整机电机启停次数时间周期T_n3增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果电机没有启动，则原有的记录平整机电机启停次数时间周期T_n3增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果生产线上没有带钢则结束励磁控制，所述励磁接通持续时间T计算公式为：

步骤三、控制单元判断记录平整机电机启停次数时间周期T_n3是否达到阈值3072T_c，如果达到阈值则记录平整机电机启停次数时间周期T_n3和平整机电机启停次数n3均清零，随后结束励磁控制，如果没有达到阈值则结束励磁控制。

参见图10至图11，张力辊电机励磁控制过程如下：

步骤一、控制单元判断张力辊电机是否建立励磁，如果已建立励磁，则保持励磁接通状态，同时记录张力辊励磁接通时间t4，即在励磁接通的时间t4上增加计算一次执行周期T_c，如果未建立励磁，则判断是否有出口段联动、平整机后联动和全线联动的操作，无这些联动操作则结束励磁判断，如果有联动操作则建立励磁，同时将t4清零重新记录励磁接通时间，当励磁接通时间t4大于上限值T_max4时，则断开电机的励磁，并结束励磁判断；

步骤二、控制单元判断生产线上是否有带钢，如果有则判断张力辊电机是否启动，如果启动则张力辊电机的启停次数n4增加计算一次，然后原有的记录张力辊电机启停次数时间周期T_n4增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果电机没有启动，则原有的记录张力辊电机启停次数时间周期T_n4增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果生产线上没有带钢则结束励磁控制，所述励磁接通持续时间T计算公式为：

步骤三、控制单元判断记录张力辊电机启停次数时间周期T_n4是否达到阈值3072T_c，如果达到阈值则记录张力辊电机启停次数时间周期T_n4和张力辊电机启停次数n4均清零，随后结束励磁控制，如果没有达到阈值则结束励磁控制。

参见图12至图13，卷取机电机励磁控制过程如下：

步骤一、控制单元判断卷取机电机是否建立励磁，如果已建立励磁，则保持励磁接通状态，同时记录卷取机励磁接通时间t5，即在励磁接通的时间t5上增加计算一次执行周期T_c，如果未建立励磁，则判断是否有出口段联动、平整机后联动和全线联动的操作，无这些联动操作则结束励磁判断，如果有联动操作则建立励磁，同时将t5清零重新记录励磁接通时间，当励磁接通时间t5大于上限值T_max5时，则断开电机的励磁，并结束励磁判断；

步骤二、控制单元判断生产线上是否有带钢，如果有则判断卷取机电机是否启动，如果启动则卷取机电机的启停次数n5增加计算一次，然后原有的记录卷取机电机启停次数时间周期T_n5增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果电机没有启动，则原有的记录卷取机电机启停次数时间周期T_n5增加计算一次执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，如果生产线上没有带钢则结束励磁控制，所述励磁接通持续时间T计算公式为：

步骤三、控制单元判断记录卷取机电机启停次数时间周期T_n5是否达到阈值3072T_c，如果达到阈值则记录卷取机电机启停次数时间周期T_n5和卷取机电机启停次数n5均清零，随后结束励磁控制，如果没有达到阈值则结束励磁控制。

根据生产工艺需要平整生产线的带钢生产过程主要分三个阶段，第一个阶段是穿带过程，第二个阶段是平整过程，第三个阶段是收卷过程，每个阶段的生产过程主要是通过开卷机、矫直机、平整机、张力辊、卷取机联动完成的。按照生产工艺要求，分别相应的在操作台上设置了5个联动操作旋钮，它们分别是入口段联动，出口段联动、平整机前联动、平整机后联动、全线联动。每个操作旋钮的控制设备按照工艺设备分段，所述“入口段联动”旋钮控制开卷机和矫直机的电机启停，所述“出口段联动”旋钮控制张力辊和卷取机的电机启停，所述“平整机前联动”旋钮控制开卷机、矫直机、平整机的电机启停，所述“平整机后联动”旋钮控制平整机、张力辊、卷取机的电机启停，所述“全线联动”旋钮控制所有电机的启停。

对于以上五台机械设备的交流电机而言，在联动条件下做到同时启动，必须要求同时建立电机的励磁。电机励磁建立是通过接收控制单元的控制指令然后触发，每个电机的控制指令触发的条件不完全一样，图4至图13已经说明了五台电机的励磁控制方式。

纪录五台电机的励磁接通时间，分别设置五个时间计时器，时间计时器的最小计时时间刻度等于执行周期T_c，根据不同的控制单元的执行周期来确定时间周期T_c。由图4至图13可知，每次发出建立励磁命令后励磁接通持续时间由励磁接通时间的上限值T_max决定，每台电机的励磁接通时间的上限值T_max不相同，T_max的大小取决于操作频率，即在相同时间内电机的启停次数n。

所述励磁接通持续时间T计算公式如下：该计算公式由经验值获得；

分析以上计算公式，可以确定励磁接通持续时间T最小值是1024T_c，最大值是3072T_c。纪录电机启停次数时间周期是Tn，在该时间周期T_n内，只有当平整生产线上有带钢的情况下纪录电机启停次数，具体流程详见图5、图7、图9、图11和图13。五台电机的励磁接通持续时间可根据以上流程的算法计算求得，通过该算法可以根据操作频率来确定励磁接通持续时间，操作频率越快励磁接通时间越短，操作频率越慢励磁接通时间越长，这样实现了励磁接通时间与操作频率的实时调节。

本发明的硬件设备包括：作为控制单元的西门子公司的TDC控制器(SimaticTechnology and Drive Control，西门子自动化技术与驱动控制，其中，Simatic即Siemensautomatic的简称)，西门子公司的S120变频器驱动器等。软件编程平台为PCS7 v7.0。本发明带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法的制造步骤如下：

(1)按照图1、图2的方式布置设备，建立控制器与变频器的通讯连接；

(2)根据TDC控制器的程序执行周期，确定T_c＝0.1S；

(3)根据流程图4、图6、图8、图10、图12在PCS7 v7.0编程平台，分别用CFC(ControlFlow Chart，控制流程框图)编程语言编写开卷机、矫直机、平整机、张力辊、卷取机电机励磁建立的程序模块；

(4)根据流程图5、图7、图9、图11和图13，在PCS7 v7.0编程平台上用CFC编程语言编写计算励磁接通持续时间T的程序模块，分别计算开卷机、矫直机、平整机、张力辊、卷取机励磁接通持续时间T_max1、T_max2、T_max3、T_max4和T_max5。

(5)将程序编译下载到TDC控制器，并且运行控制系统。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、控制单元判断电机是否建立励磁，如果已建立励磁，则保持励磁接通状态，同时记录励磁接通时间t，即在励磁接通的时间t上增加计算一次控制器的程序执行周期T_c，所述控制器的程序执行周期T_c为0.1S，所述控制单元为西门子TDC控制器，如果未建立励磁，则判断是否有联动操作，无联动操作则结束励磁判断，如果有联动操作则建立励磁，同时将t清零重新记录励磁接通时间，当励磁接通时间t大于上限值T_max时，则断开电机的励磁，并结束励磁判断；

步骤二、控制单元判断生产线上是否有带钢，如果有则判断电机是否启动，如果启动则电机的启停次数n增加计算一次，然后原有的记录电机启停次数时间周期T_n增加计算一次控制器的程序执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，所述励磁接通持续时间T计算公式如下：如果电机没有启动，则原有的记录电机启停次数时间周期T_n增加计算一次控制器的程序执行周期T_c，然后计算励磁接通持续时间T，所述励磁接通持续时间T计算公式如下：如果生产线上没有带钢则结束励磁控制；

步骤三、控制单元判断记录电机启停次数时间周期T_n是否达到阈值，所述阈值为3072T_c，如果达到阈值则记录电机启停次数时间周期T_n和电机启停次数n均清零，随后结束励磁控制，如果没有达到阈值则结束励磁控制。

2.根据权利要求1所述的带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，其特征在于：所述电机为开卷机电机，所述步骤一中，开卷机电机励磁接通时间为t1，所述开卷机的联动操作包括入口段联动、平整机前联动和全线联动，所述开卷机电机励磁接通时间t1的上限值为T_max1，记录开卷机电机启停次数时间周期为T_n1，开卷机电机启停次数为n1。

3.根据权利要求1所述的带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，其特征在于：所述电机为矫直机电机，所述步骤一中，矫直机电机励磁接通时间为t2，所述矫直机的联动操作包括入口段联动、平整机前联动和全线联动，所述矫直机电机励磁接通时间t2的上限值为T_max2，记录矫直机电机启停次数时间周期为T_n2，矫直机电机启停次数为n2。

4.根据权利要求1所述的带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，其特征在于：所述电机为平整机电机，所述步骤一中，平整机电机励磁接通时间为t3，所述平整机的联动操作包括平整机前联动、平整机后联动和全线联动，所述平整机电机励磁接通时间t3的上限值为T_max3，记录平整机电机启停次数时间周期为T_n3，平整机电机启停次数为n3。

5.根据权利要求1所述的带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，其特征在于：所述电机为张力辊电机，所述步骤一中，张力辊电机励磁接通时间为t4，所述张力辊的联动操作包括出口段联动、平整机后联动和全线联动，所述张力辊电机励磁接通时间t4的上限值为T_max4，记录张力辊电机启停次数时间周期为T_n4，张力辊电机启停次数为n4。

6.根据权利要求1所述的带钢平整生产线的交流异步电动机励磁控制方法，其特征在于：所述电机为卷取机电机，所述步骤一中，卷取机电机励磁接通时间为t5，所述卷取机的联动操作包括出口段联动、平整机后联动和全线联动，所述卷取机电机励磁接通时间t5的上限值为T_max5，记录卷取机电机启停次数时间周期为T_n5，卷取机电机启停次数为n5。