CN105063342A - 一种气垫炉微张力控制系统及方法 - Google Patents

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李家栋
王昭东
李勇
高俊国
付天亮
曲武广
郑晓锡
许玉峰
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Abstract

本发明公开了一种气垫炉微张力控制方法和系统。该系统在炉前设置张力辊组、偏导辊、测张辊、炉内设置夹送辊、炉后设置低张力纠偏辊和张力辊组。炉前张力辊组和炉后张力辊组的控制方式均采用速度控制。炉内微张力控制由炉前张力辊组、测张辊与炉后张力辊组设备，通过基于PI控制策略的张力控制器实现。本发明可以实现高精度、高稳定性的气垫炉微张力控制，有效提高炉内带材加热性能稳定性，为高精度板温控制奠定了基础。

Description

一种气垫炉微张力控制系统及方法
技术领域
本发明涉及铝合金热处理生产控制领域，特别是涉及一种使用气垫式热处理炉作为生产线加热装备的生产线炉内张力控制系统及方法。
背景技术
气垫炉是一种采用强对流冲击加热技术的加热装备，铝合金带材在炉内通常被加热至540～560℃。炉内高温状态带材的塑性剧增，张力的大小和稳定性与产品质量及机组生产效率息息相关，张力偏大会引起其截面收缩，宽度变窄，冷却后板形翘曲，严重时甚至会导致断带事故。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的问题，提供一种气垫炉微张力控制系统及方法，可以实现带材在炉内1～2N/mm2的微张力精确控制以及带材运输。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种气垫炉微张力控制系统，其特征在于，所述张力控制系统包括炉前张力辊组(1)、偏导辊(2)、安装在所述偏导辊(2)和气垫炉之间的测张辊(3)、炉内辊道(4)、炉后张力辊组(6)、安装在所述炉后张力辊组(6)和气垫炉之间的低张力纠偏辊(5)、张力控制器；所述炉前张力辊组(1)包括4根张力辊，每根张力辊均配备带编码器的电机和变频器；所述偏导辊(2)包括一根辊，并配备带编码器的电机和变频器；所述测张辊(3)是在张力辊上安装水平式张力计；所述炉内辊道(4)包括2组夹送辊，并配备2套带编码器传动电机和和变频器；所述炉后张力辊组(6)包括4根张力辊，并且每根张力辊均配备带编码器的电机和变频器；所述张力控制器包括速度补偿PI控制器和负荷分配器，所述速度补偿PI控制器用于控制炉前张力辊组(1)的速度，所述速度补偿PI控制器的输入是设定张力与实际张力的差值，输出对象是炉前张力辊组(1)的速度补偿值，所述负荷分配器用于对炉前张力辊组组内的张力辊按电机能力按比例分配负载并且保证速度饱和。
一种使用上述系统的控制方法，其特征在于，炉内张力控制闭环是由炉前张力辊组(1)的速度、测张辊(2)的检测张力与设定张力组成；炉内张力靠调整炉前张力辊组(1)的速度来控制，控制策略采用PI控制策略，张力辊组速度设定值vset＝(1+αλPI)vprocess，式中：α为修正系数，在0～1范围内取值；λPI为PI控制器的输出值；vprocess为气垫炉内带材运行速度值。
根据上述的控制方法，其特征在于，PI控制器的比例系数与积分系数是和张力控制范围对应的，1-10kN划分三段系数范围，分别为1kN-3kN、3kN-6kN、6kN-10kN。根据不同的张力值选择相应范围的比例系数和积分系数，提高炉内张力控制精度。
本发明的有益效果：本发明的控制系统和方法可以实现炉内带材张力在1～2N/mm2内控制精度稳定在-5％～5％，有效提高炉内张力控制精度和速度稳定性，避免了因张力不稳定使带材产生塑性变形，加热不均等问题。
附图说明
图1是气垫炉张力控制系统的设备配置；
图2是气垫炉张力控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本专利的实施例进行详细说明。
参见图1，本发明的张力控制系统包括炉前张力辊组1、偏导辊2、安装在偏导辊2和气垫炉之间的测张辊3、炉内辊道4、炉后张力辊组6、安装在炉后张力辊组6和气垫炉之间的低张力纠偏辊5以及张力控制器；炉前张力辊组1包括4根张力辊，每根张力辊均配备带编码器的电机和变频器；偏导辊2包括一根辊，并配备带编码器的电机和变频器；测张辊3是在张力辊上安装水平式张力计；炉内辊道4包括2组夹送辊，并配备2套带编码器传动电机和和变频器；炉后张力辊组6包括4根张力辊，并且每根张力辊均配备带编码器的电机和变频器。参见图2，张力控制器包括速度补偿PI控制器和负荷分配器，速度补偿PI控制器用于控制炉前张力辊组1的速度，速度补偿PI控制器的输入是设定张力与实际张力的差值，输出对象是炉前张力辊组1的速度补偿值，负荷分配器用于对炉前张力辊组组内的张力辊按电机能力按比例分配负载并且保证速度饱和。
实施过程主要包括气垫炉张力辊道系统的速度控制和炉内带材的微张力控制，二者相互关联，不可分割。为此，气垫炉设置张力速度调整辊组，炉内设置带材稳定夹送辊4，此外炉前设有测张辊3。在本实施例中每个辊道均配备独立变频电机和编码器。
炉前张力辊组1的控制方式均采用速度控制，组内均采用主从控制，大功率电机对应的辊道电机为主辊，其余辊道为从辊。主辊电机控制采用速度控制方式，从辊电机控制采用速度饱和转矩限幅的控制方式，其中转矩限幅设定值来源于主辊电机的转矩实际值乘以负荷分配因数。并且从辊的转矩设定值要考虑加速转矩补偿，主从控制在图2负荷分配器中实现。炉后张力辊组6的控制方式与炉前张力辊组1控制原理相同。
偏导辊2和炉内夹送辊4采用跟随控制，其实现原理是采用速度饱和转矩限幅的方式。转矩限幅值THL＝TAccel+TFrict+Tset，其中TAccel为加速转矩补偿值；TFrict为摩擦转矩补偿值；Tset为辊道实现跟随其电机所需的最小转矩。
炉内微张力控制由炉前张力辊组1、测张辊3与炉后张力辊组6通过基于PI控制策略的张力控制器实现，如图2所示。控制过程中炉后张力辊组的为速度基准辊组，炉前张力辊组1为控制对象，PI控制器控制其速度补偿。通过速度调整实现炉内微张力控制，与转矩控制相比这种方式可以提高张力响应，弱化活套张力波动的影响。
炉内张力控制闭环是由炉前张力辊组1的速度、测张辊2的检测张力与设定张力组成；炉内张力靠调整炉前张力辊组1的速度来控制，控制策略采用PI控制策略，张力辊组速度设定值vset＝(1+αλPI)vprocess，式中：α为修正系数，在0～1范围内取值；λPI为PI控制器的输出值；vprocess为气垫炉内带材运行速度值。
为实现全范围张力精确控制，PI控制参数划分为三段，分别为1kN-3kN、3kN-6kN、6kN-10kN。在每一范围内均存在一组比例系数和积分系数。这种控制方式最大化提升了控制精度和响应速度。

Claims (3)

1.一种气垫炉微张力控制系统，其特征在于，所述张力控制系统包括炉前张力辊组(1)、偏导辊(2)、安装在所述偏导辊(2)和气垫炉之间的测张辊(3)、炉内辊道(4)、炉后张力辊组(6)、安装在所述炉后张力辊组(6)和气垫炉之间的低张力纠偏辊(5)、张力控制器；所述炉前张力辊组(1)包括4根张力辊，每根张力辊均配备带编码器的电机和变频器；所述偏导辊(2)包括一根辊，并配备带编码器的电机和变频器；所述测张辊(3)是在张力辊上安装水平式张力计；所述炉内辊道(4)包括2组夹送辊，并配备2套带编码器传动电机和和变频器；所述炉后张力辊组(6)包括4根张力辊，并且每根张力辊均配备带编码器的电机和变频器；所述张力控制器包括速度补偿PI控制器和负荷分配器，所述速度补偿PI控制器用于控制炉前张力辊组(1)的速度，所述速度补偿PI控制器的输入是设定张力与实际张力的差值，输出对象是炉前张力辊组(1)的速度补偿值，所述负荷分配器用于对炉前张力辊组组内的张力辊按电机能力按比例分配负载并且保证速度饱和。
2.一种使用如权利要求1所述系统的控制方法，其特征在于，炉内张力控制闭环是由炉前张力辊组(1)的速度、测张辊(2)的检测张力与设定张力组成；炉内张力靠调整炉前张力辊组(1)的速度来控制，控制策略采用PI控制策略，张力辊组速度设定值vset＝(1+αλPI)vprocess，式中：α为修正系数，在0～1范围内取值；λPI为PI控制器的输出值；vprocess为气垫炉内带材运行速度值。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，PI控制器的比例系数与积分系数是和张力控制范围对应的，1-10kN划分三段系数范围，分别为1kN-3kN、3kN-6kN、6kN-10kN。根据不同的张力值选择相应范围的比例系数和积分系数，提高炉内张力控制精度。
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