CN105363795A - 轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轧机辊道输送机电系统节能领域，涉及一种轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制系统及其方法，该方法基于板坯宽度和不同区域输送辊道辊形特征进行实时传动电机速度计算。该方法所涉及到的设备包括轧机出口侧重载、中载、轻载辊道的电动机电气传动单元及板坯测宽仪装置。不同锥形辊传动控制系统完全独立，考虑板坯宽度检测值、出口侧线速度期望值、锥形辊的锥度值来动态计算辊道驱动电机速度设定值，以更好的匹配板坯宽度变化及不同载道锥度相异时的辊道输送速度，达到不同区域的辊道速度协同一致，减少生产线锥形辊道运输过程中板坯与辊道、辊道间的相对运动阻力，起到提高产品质量、降低电能损耗、减少设备维护率的重要作用。

Description

轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及金属板带轧制生产线中板坯输送辊道机电系统控制领域，特别是设计了一种轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制系统及其方法。

背景技术

在金属工业的板带材轧制生产线上，输送辊道是运送轧件必不可少的关键设备，如从加热炉到粗轧机、精轧机至卷取机，板坯的运输都是由输送辊道来完成的。根据板坯所在区域工作条件及工艺要求不同，各段输送辊道的设计形式会略有区别，主要体现在传动功率、辊身长度、辊径、辊形、材质等方面。在对表面质量要求较高的场合，如宽幅金属板带材生产线上，一般会使用锥形辊道，即辊道外形呈现端部凸出、中间凹陷的特征，这样主要考虑输送过程中尽量减小轧机与辊身的接触面积。另一方面，考虑轧机在不同位置处的单位长度内的重量差异，如加热炉到粗轧机是未经轧制的厚坯料，而粗轧机到精轧机的板坯厚度得到大幅度减小，精轧机至卷取机的则厚度得到进一步降低，因此各个区域内的输送辊道的传动电机功率、辊径、辊形等一般都存在差异。

锥形辊道的采用，一方面有助于减小轧机与辊身的接触面积，但另一方面却也带来辊身线速度难以准确获得、不同区域锥形辊道难以进行深度协同控制的问题。传统上，由于金属板带轧制过程对连续程度、作业率、安全性有很高要求，对于不同宽度的板坯及不同区域的锥形辊道，辊道驱动电机的速度选择至关重要，传统的输送辊道线对不同区域的辊道电机速度设定方法单一，一般仅考虑辊道电机、减速机、标准辊径等参数，直接由线速度设定值计算出电机速度设定值，并没有考虑锥形辊道的锥度、板坯宽度、不同区域辊道辊形等因素的变化，这样不可避免地会产生辊道与板坯之间不同程度的速度差，二者的速度不匹配、以及不同区域辊道间速度不匹配都可能会带来的由于相对摩擦而引起的能量损耗，以及轧机表面与辊面间的相对运动影响产品质量。严重时会使传动电机过热甚至烧毁和产品不合格率增大。本方法特别提出了一种基于板坯宽度和不同区域输送辊道辊形特征进行实施传动电机速度计算的协同控制方法，以保证生产线上所有锥形辊道在运输板坯过程中避免产生板坯与辊道、辊道间的相对运动阻力，对提高产品质量、降低电能损耗、减少设备维护率具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种不需要对板坯输送速度进行实时检测，并且能根据不同的板坯出口速度、不同板坯宽度及不同的锥形辊锥度及时设定相应的辊道驱动电机转速，避免板坯与辊道之间速度不匹配带来的双向摩擦影响，达到减少系统耗能并提高板坯表面质量的目的轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制系统及其方法。

本发明的技术方案是：一种轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制系统，其特征在于，该系统包括板坯测宽仪、速度传感器、电气控制单元和驱动电机；

其中，所述板坯测宽仪安装于轧机出口侧，用于测量板坯的宽度，并将测量值实时速度值发送给所述电气控制单元；

所述速度传感器安装于轧机出口侧，用于采集板坯出口处板坯的输送速度，并将速度值发送给所述电气控制单元；

所述电气控制单元的输出分别与相应辊道的驱动电机接线端相连，用于根据接收到的板坯的宽度值、板坯的出口速度和锥形辊的锥度计算出驱动电机的转速设定值，并将转速设定值发送相应辊道的驱动电机；

所述驱动电机用于按照转速设定值对锥形辊道上的板坯进行轧制。

本发明提供的一种轧制区板坯输送锥形辊道调速节能方法，该方法所涉及到的设备包括轧机出口侧重载、中载、轻载辊道各自驱动电机电气传动单元、机械传动轴、辊道锥形辊及板坯测宽仪。其中，

所述电气传动单元的输出分别与相应驱动电动机接线端相连，电气传动单元为电动机提供电能；所述电气传动单元包括用于辅传动性能控制调整的控制部分、用于电力电子变换的功率部分；所述控制部分为通用的数字传动控制器，可以通过修改设定参数调整被控电动机的速度调节特性、转矩电流特性等，并且可以改变电气控制单元的工作方式；所述功率部分采用通用的三相变流方式，可以根据控制单元的输出信号将电压、频率一定的交流电源变换为电压、频率可变的电源输出到所述驱动电机。

所述辊道锥形辊分别通过各自的机械传动轴与各自驱动电动机转子部分的输出端相连，此处锥形辊为单锥形辊和双锥形辊的总称；

所述输送辊道锥形辊的驱动电机电气传动单元的功率部分采用共直流供电母线方式，或采用完全独立的整流器，且用于轧机辅传动供电的整流器为带有能量回馈功能的四象限整流装置。

所述重载、中载、轻载辊道各自驱动电机电气传动单元的控制部分相互独立，即不同载型的辊道有各自的数字传动控制器；所述重载、中载、轻载辊道各自驱动电机电气传动单元功率部分的逆变器分别独立，并受控于各自控制部分的数字传动控制器。

所述测宽仪用于测量输送板坯的宽度，用于及时向电气传动单元输送宽度信号以便及时调整锥形辊驱动电机的转速设定。

所述轧机的辅助机械、液压、润滑系统已就绪，辊道锥形辊驱动电机的控制部分、功率部分已具备初步运行条件，所有设备保持正常生产前的工作状态。辊道属于速度环控制方式，根据板坯线速度期望值、测宽仪提供的板坯宽度信号值及锥形辊的锥度值，经控制中心计算得到辊道驱动电机转速设定值。当板坯宽度发生变化时，测宽仪提供的板坯宽度信号值即发生变化，控制中心根据新的宽度值和线速度值重新计算出新的辊道驱动电机转速设定值，对转速进行动态修正以输送不同宽度的板坯。

对于不同载道锥形辊锥度不同的现场，采用同一固定转速值时必然会导致不同载道间的速度差，考虑锥形辊的锥度来设定不同载道的辊道驱动电机转速，根据板坯线速度期望值、测宽仪提供的板坯宽度信号值及重载道锥形辊的锥度值，经控制中心计算得到重载辊道驱动电机转速设定值，根据板坯线速度期望值、测宽仪提供的板坯宽度信号值及中载道锥形辊的锥度值，经控制中心计算得到中载辊道驱动电机转速设定值，根据板坯线速度期望值、测宽仪提供的板坯宽度信号值及轻载道锥形辊的锥度值，经控制中心计算得到轻载辊道驱动电机转速设定值，这样能使辊道与辊道间速度保持协同一致，不同载型的辊道更好的匹配板坯线速度。

本发明的另一目的是提供采用上述轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制系统的控制方法，具体步骤如下：

步骤：步骤1：电气控制单元的主程序初始化，所述主程序利用前端的测宽仪采集板坯的宽度l，利用速度传感器采集板坯出口速度为v；

步骤2：所述主程序根据当前接收到的板坯的宽度l、板坯出口速度为v，辊道上锥形辊的锥度值α，利用以下公式(1)计算驱动电机的速度设定值n，公式如下：

$n=\frac{60v}{\mathrm{\π}l\tan \mathrm{\α}}---\left(1\right),$

其中，式中l为板坯宽度，v为板坯出口速度，单位为m/s，α为锥形辊锥度,n为驱动电机转速的设定值，单位为rpm；

步骤3：所述主程序将计算得到的驱动电机转速的设定值n发送给驱动电机，驱动电机按照设定值n对辊道上的所述板坯进行轧制。

本发明的有益效果是，由于采用上述技术方案，本发明所提供的轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制方法，相对于传统的加载方式，不需要对板坯输送速度进行实时检测，并且把板坯的宽度及锥形辊的锥度考虑在内，达到减少系统耗能并提高板坯表面质量的目的，提高了设备整体运行寿命。

具体体现在：

1.该调速基准能够大大减少了运输板坯过程中板坯与辊道、辊道间的相对运动阻力，避免了小传动的被动过负荷，可以适当降低电机的输出功率。当锥形辊速度高于板坯运行速度时，锥形辊处于电动运行，输出力矩为正，过载下容易烧毁传动装置及驱动电机。当锥形辊速度低于板坯运行速度时，锥形辊处于制动运行状态，目前来说为了节约投资，一般的厂家此类辅传动装置不具备再生制动功能，则此状态下会产生较高直流电压，一定程度上损坏整流功率元器件。

2.相比于传统输送辊道固定电机速度设定，对于不同类型辊道及板坯宽度的改变，该发明能够提高机械设备的运行周期，同时降低了轧机辊道等机械部件的消耗和维修的成本，减少生产产品滑伤等质量缺陷。

附图说明

图1为锥形辊驱动的辅传动机电系统示意图。

图2为单锥形辊、双锥形辊侧面输送示意图。

图3为驱动电机电气控制单元示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方案做进一步说明。

如图1所示，锥形辊驱动的辅传动机电系统包含传动交流电机及其电气控制单元1；减速机2；齿轮分配箱3；辊道架4和锥形辊5。

金属轧制生产线中所使用的锥形辊道又分为单锥辊和双锥辊。双锥辊一般位于辊道的入出口，单锥辊一般位于辊道的中部相对并排布置且传动方向相反。实例图中为双锥形辊，锥形辊主要由电机、齿轮箱、传动轴、辊子及其轴承座组成。辊子由电机单独传动。电机通过减速箱和齿轮箱集中驱动辊子，以实现电机的机械能向锥形辊传递。由于辊道频繁起制动,每台电机驱动的辊子不宜太多,以免造成转动惯量过大,因此采用每台电机驱动4根辊子。电机通过轮胎式联轴器驱动辊子独立运转，辊子两端装有调心滚子轴承，轴承安装在轴承座；轴承座采用铸钢件或钢板；辊道架为焊接钢结构件，辊道辊子间装有圆棒型和平板型铺板。

图2所示为锥形辊侧面输送示意图，图A中为双锥形辊，图B中为单锥形辊。在该调速方法中，两种类型的锥形辊驱动电机速度基准设定方法基本一致，这里以双锥形辊为例进行描述。设定板坯宽度为l，板坯出口速度为v，单位为m/s，锥形辊锥度为α，电机转速为n，单位为rpm。按照锥形辊一圈所需时间与电机一转时间相等可得

$\frac{\frac{l}{2}\·tan\mathrm{\α}\·2\mathrm{\π}}{v}=\frac{1}{n}\·60$

即可得 $n=\frac{60v}{\mathrm{\π}l\tan \mathrm{\α}}$

图3所示驱动电机电气控制单元示意图。主要由测宽仪10、速度传感器11、载道辊锥度参数中心12、电气控制单元20、重载辊道及其驱动电机、中载辊道及其驱动电机、轻载辊道及其驱动电机等组成。所述测宽仪10在输送过程中负责提供所需的板坯宽度信号l，所述速度传感器11在输送过程中负责提供所需的板坯出口速度信号v，所述载道辊锥度参数中心12在输送过程中负责提供各载道选入的实际锥度参数信号α₁、α₂、α₃，所述电气控制单元20负责提供所需的控制设定值，包括重载电机速度设定值n₁、中载电机速度设定值n₂、轻载电机速度设定值n₃。所述重载辊道位于粗轧机出口工作辊道与中载辊道之间，用于输送板坯；所述中载辊道位于重剪与轻载辊道之间，用于输送板坯；所述轻载辊道位于中载辊道与轻剪之间，用于输送薄板坯。

$n_1=\frac{60v}{\mathrm{\π}l{\mathrm{tan\α}}_1}$

$n_2=\frac{60v}{\mathrm{\π}l{\mathrm{tan\α}}_2}$

$n_3=\frac{60v}{\mathrm{\π}l{\mathrm{tan\α}}_3}$

取一现场技术参数为例进行计算。

重载辊道辊道长度39200mm，辊子数量50，辊子尺寸辊身直径φ350(大端)/φ270(小端)，辊身长度3300mm，辊身斜度1：35，辊道速度0～260rpm(在板坯宽度1600mm时)，电机50—AC11KW，0-275rpm。

按照传统的运行方式，辊道驱动电机统一设定值为260rpm。对于重载辊道和中载辊道锥形辊倾斜度不一致的现场，当中载辊道辊身斜度1：27时，对于统一宽度值为1600mm的板坯，根据图2计算可使板坯速度为0.806m/s，与板坯期望线速度值差为0.184m/s；当板坯宽度变为2000mm时，重载辊道可使板坯速度为0.778m/s，与板坯期望线速度值差为0.156m/s，中载辊道可使板坯速度为1.008m/s，与板坯期望线速度值差为0.386m/s。这种情况下运行，整个辊道与轧件、辊道与辊道之间必然会产生相对作用力，造成不必要的能量损失，严重时会损坏机械设备并造成轧件表面滑伤。

按照所提出的动态协同控制方法，则可得板坯速度为0.622m/s时，重载辊道速度为260rpm，则辊道驱动电机统一设定值为260rpm。对于重载辊道和中载辊道锥形辊倾斜度不一致的现场，当中载辊道辊身斜度1：27时，对于统一宽度值为1600mm的板坯，调整中载辊道驱动电机转速设定值为201rpm，则可使板坯速度达到期望线速度值；当板坯宽度发生变化为2000mm时，调整重载辊道电机转速设定值为208rpm，调整中载辊道电机转速设定值为160rpm。通过实施这种动态协同控制方法后，能够保证在轧件宽度不同、各区域辊道锥度等参数不同的工况下辊道与轧件、辊道与辊道之间保持同步，对提高产品表明质量、降低意外作用力引发的电能损耗、减少设备维护两起到重要作用。

Claims (3)

1.一种轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制系统，其特征在于，该系统包括板坯测宽仪、速度传感器、电气控制单元和驱动电机；

其中，所述板坯测宽仪安装于轧机出口侧，用于测量板坯的宽度，并将测量值实时速度值发送给所述电气控制单元；

所述速度传感器安装于轧机出口侧，用于采集板坯出口处板坯的输送速度，并将速度值发送给所述电气控制单元；

所述电气控制单元的输出分别与相应辊道驱动电机接线端相连，用于根据接收到的板坯的宽度值、板坯的出口速度和锥形辊的锥度计算出驱动电机的转速设定值，并将转速设定值发送给驱动电机；

所述驱动电机用于按照转速设定值对锥形辊道上的板坯进行轧制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电气控制单元的功率部分采用共直流供电母线方式，或采用完全独立的整流器，所述整流器为带有能量回馈功能的四象限整流装置。

3.一种使用如权利要求1或2所述的轧制生产线锥形输送辊道速度动态协同控制系统的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤：步骤1：电气控制单元的主程序初始化，所述主程序利用前端的测宽仪采集板坯的宽度l，利用速度传感器采集板坯出口速度为v；

步骤2：所述主程序根据当前接收到的板坯的宽度l、板坯出口速度为v，辊道上锥形辊的锥度值α，利用以下公式(1)计算驱动电机的速度设定值n，公式如下：

$n=\frac{60v}{\mathrm{\π}l\tan \mathrm{\α}}---\left(1\right),$

其中，式中l为板坯宽度，v为板坯出口速度，单位为m/s，α为锥形辊锥度,n为驱动电机转速的设定值，单位为rpm；

步骤3：所述主程序将计算得到的驱动电机转速的设定值n发送给驱动电机，驱动电机按照设定值n对辊道上的所述板坯进行轧制。