CN107363103A - 芯棒限动的控制方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芯棒限动的控制方法及控制系统。所述控制方法包括:将芯棒设置在限动齿条的前端;在限动齿条的尾端安装芯棒夹持装置;在限动齿条的上下两侧分别间隔设置两个传动齿轮,每个传动齿轮均与一个驱动电机连接;每台电机均连接一逆变装置,每台逆变装置均通过公共直流母线与连轧机组主机的逆变装置连接。在与电机连接的逆变装置进行电能回馈时,回馈的电能通过公共直流母线补充给连轧机组主机。本申请中的芯棒限动控制系统通过公共直流母线与连轧机组的主传动直接连接,省却了每个电机均需要与逆变装置、整流回馈和整流变压器与供电电网的连接方式,减少了电能损耗,故芯棒的制动能够更快地响应,并实现成本和能量两方面的节约。

Description

芯棒限动的控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及金属轧制技术领域,尤其涉及一种芯棒限动的控制方法和控制系统。
背景技术
无缝钢管热连轧机按芯棒运行方式的不同,可分为全浮动芯棒连轧管机(MM)\半浮动芯棒连轧管机(Neuval)和限动芯棒连轧管机(MPM)三种类型。由于限动芯棒连轧管机具有降低设备成本,能够克服芯棒长度和重量的限制,改善钢管质量的特点,其应用较为广泛。所谓限动芯棒,就是指轧制时芯棒以限定速度控制运行。在每一个轧制周期内,都包含一个芯棒速度变化的周期,即芯棒的速度制度,其一般原则为,高速穿棒、限动轧制和高速回退。采用高速穿棒和高速回退是为了缩短轧制周期,提高节奏,减小温降。
图1示出了一种现有限动芯棒连轧管机中芯棒运行机构的结构示意图。如图1所示,芯棒运行机构包括限动齿条01及传动齿轮02,限动齿条01中部横向间隔均布安装有多个支撑滑轮03,支撑滑轮03限位滑动安装在轧制线上。限动齿条01的前端04设有芯棒(图中未示出),限动齿条01的尾端安装夹持卡爪,可快速夹紧、松开芯棒。限动齿条01的上下两侧分别间隔设置两个传动齿轮02,每个传动齿轮02均驱动安装有一个交流异步电机,该四台电机驱动限位齿轮带动限位齿条沿轧制线的前、后运动。每台电机均连接有一逆变装置,每台逆变装置串联一个整流/回馈装置,整流/回馈装置均通过整流变压器连接主电路。
由于限动工艺的特殊性,既要求电机在低速限动段有较高的转矩,又要求在高速回退段有较高的速度。由于限动齿条需要往复运行,且作为运动部的芯棒和限动齿条都有较大的质量,在生产过程中如遇到检测故障或电源故障,将使得限动齿条的运行失控,使得限动齿条或其前后设备受到损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芯棒运行机构的控制方法及控制系统,以避免在限动芯棒连轧管机在生产过程中遇到检测故障或电源故障时限动齿条发生运行失控,进而避免限动齿条或其前后设备受到损坏。
根据本申请的一个方面,提供了一种芯棒限动的控制方法,包括:
将芯棒设置在限动齿条的前端,在所述限动齿条的尾端安装芯棒夹持装置;
在所述限动齿条的上下两侧分别间隔设置两个传动齿轮,每个传动齿轮均与一个驱动电机连接;
每台电机均连接一逆变装置;
将每台逆变装置均通过公共直流母线与连轧机组主机的逆变装置连接;在与电机连接的逆变装置进行电能回馈时,回馈的电能作为所述连轧机组主机的电源通过所述公共直流母线补充给所述连轧机组主机。
进一步优选地,在所述公共直流母线上还设有调节制动单元和制动电阻;所述公共直流母线通过整流/回馈装置与供电电网连接;所述调节制动单元的开关阀值高于所述整流/回馈装置的开关阀值;
在所述整流/回馈装置和所述公共直流母线正常工作时,所述公共直流母线中的电能通过整流/回馈装置传输至所述供电电网;
在所述整流/回馈装置出现故障或所述公共直流母线超过设定阈值时,所述调节制动单元将所述公共直流母线中的电能传输至所述制动电阻。
作为优选方案,与所述限动齿条上侧两个传动齿轮连接的两个电机通过主控制单元控制,与所述限动齿条下侧两个传动齿轮连接的两个电机通过从控制单元控制;
所述主控制单元与PLC连接,主控制单元与从控制单元之间通过通信模块连接,完成四台电机的转矩分配。
优选地,所述主控制单元与PLC、所述主控制单元与所述从控制单元之间的通信网络均采用以太网。
优选地,所述逆变装置和/或所述调节制动单元的供电系统采用UPS系统,以在所述供电电网故障时所述调节制动单元能正常工作。
根据本申请的另一方面,还提供了一种应用上述芯棒限动的控制系统,包括:限动齿条,所述限动齿条的前端设置芯棒,所述限动齿条的尾端安装夹持装置,所述限动齿条的上下两侧分别间隔设置两个传动齿轮,每个传动齿轮均与一个驱动电机连接,每台电机均连接逆变装置,每台逆变装置均通过公共直流母线与连轧机组主机的逆变装置连接;在与电机连接的逆变装置进行电能回馈时,回馈的电能通过所述公共直流母线补充给所述连轧机组主机。
进一步地,所述芯棒限动控制系统在所述公共直流母线上还设有调节制动单元和制动电阻;所述调节制动单元的开关阀值高于所述整流/回馈装置的开关阀值;
在所述整流/回馈装置和所述公共直流母线正常工作时,所述公共直流母线中的电能通过整流/回馈装置传输至所述供电电网;
在所述整流/回馈装置出现故障或所述公共直流母线超过设定阈值时,所述调节制动单元将所述公共直流母线中的电能传输至所述制动电阻。
优选地,所述逆变装置和/或所述调节制动单元的供电系统采用UPS系统。
优选地,所述电机均采用交流异步电机,且四台电机为并联驱动。
优选地,所述芯棒上设有激光测距仪;或者所述芯棒上设有编码器和激光测距仪。
由以上技术方案可知,本申请中的芯棒限动的控制系统相较于现有的芯棒限动的控制系统,四台电机对应的逆变装置通过公共直流母线与连轧机组的逆变装置连接,能量交换在直流环节就可完成。由于省却了整流变压器,减少了电能的损耗,故芯棒的制动能够更快地进行响应,同时实现成本和能量两方面的节约。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了一种现有限动芯棒连轧管机中芯棒运行机构的结构示意图;
图2为根据一种优选实施例示出的芯棒限动的控制系统结构示意图;
图3为图2所示芯棒限动控制系统的电路控制图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本申请的发明人发现,现有限动芯棒连轧管机中,与四台电机对应的整流/回馈装置均通过整流变压器与连轧机组的主机连接,连轧机组的主传动再把整流/回馈装置回馈的电能从整流变压器获得,而整流/回馈装置和整流变压器中的每一个电气元件工作时侯都有电能消耗,在出现电路故障时,芯棒的制动依然不能更快地进行响应。基于上述情况,本申请的发明人将连轧机组主机和限动芯棒的传动环节作为一个整体,由于工艺关系连轧机组主机和限动芯棒轧机最大电动工作过程对应芯棒限动的能量回馈,而芯棒限动最大电动工作过程则对应连轧机组主机空载,故在本申请中,发明人将四台电机对应的逆变装置通过公共直流母线与连轧机组的逆变装置直接连接,能量交换在直流环节就可完成。由于省却了每个电机均需要与逆变装置、整流回馈和整流变压器与供电电网连接的方式,从而减少了电能损耗,因此芯棒的制动能够更快地进行响应,进而实现成本和能量两方面的节约。
下面通过具体的实施例对本申请中芯棒限动的控制系统及控制方法进行详细阐述。
图2为根据一种优选实施例示出的芯棒限动的控制系统结构示意图。图3为图2所示芯棒限动控制系统的电路控制图。如图2和图3所示,芯棒限动的控制系统包括限动齿条1。限动齿条1的前端设置芯棒,限动齿条1的尾端安装夹持装置。限动齿条1的上下两侧分别间隔设置两个传动齿轮7,每个传动齿轮均与一个驱动电机连接。四个电机包括轧机侧上下布置的两台电机2,3和非轧机侧上下布置的两台电机4,5。每台电机与每个传送齿轮之间还设有减速箱6。每台电机均连接逆变装置8。每台逆变装置8均通过公共直流母线9与连轧机组主机10的逆变装置连接。
按照生产线的工艺要求,限动芯棒的最大前进速度为2.7m/s,最大返回速度为4.5m/s,最大加速度为3m/s2。为达到此要求,本实施例中的限动齿条的传动采用四台交流异步电机并联驱动,以减小电机的转动惯量。四台电机为四套相对独立的传动系统,由于四个传动齿轮在齿条侧刚性啮合,故四个电机的力能必须保持一致。
在出现电路故障时,带动芯棒限动的四个电机的电能通过逆变装置进行电能回馈,回馈的电能作为连轧机组主机的电能通过公共直流母线补充给连轧机组主机,从而限动齿条能够实现快速制动,且回馈的电能能够直接补充至连轧机组主机,降低连轧机组主机的功率,节约能量。
由上述技术方案可知,本申请中的芯棒限动的控制系统相较于现有的芯棒限动的控制系统,四台电机对应的逆变装置通过公共直流母线与连轧机组的逆变装置连接,能量交换在直流环节就可完成。由于省却了整流变压器,减少了电能的损耗,故芯棒的制动能够更快地进行响应,同时实现成本和能量两方面的节约。
进一步优选地,芯棒限动的控制系统在公共直流母线上还设有调节制动单元和制动电阻。公共直流母线通过整流/回馈装置与供电电网连接。调节制动单元的开关阀值高于整流/回馈装置的开关阀值。在整流/回馈装置和公共直流母线正常工作时,公共直流母线中的电能通过整流/回馈装置传输至供电电网;在整流/回馈装置出现故障或公共直流母线超过设定阈值时,调节制动单元将公共直流母线中的电能传输至制动电阻,以避免限动芯棒的传动装置失控。如果不加挂调节制动单元,公共直流母线的电压会快速升高,当达到一定程度会使传动装置触发故障且有可能会烧毁公共直流母线上连接的器件。
本实施例中,对于芯棒限动控制系统中的四台电机,采用主从控制方法。具体地,与限动齿条上侧两个传动齿轮连接的两个电机通过主控制单元控制,与限动齿条下侧两个传动齿轮连接的两个电机通过从控制单元控制。主控制单元与PLC连接,主控制单元与从控制单元之间通过通信模块连接,完成四台电机的转矩分配,实现主从控制。
优选地,主控制单元与PLC、主控制单元与从控制单元之间的通信网络均采用以太网,采用以太网,可提高网络的抗干扰能力和数据的传输速率。
为了保障停电时系统也能正常工作,本实施例中,逆变装置和/或调节制动单元的供电系统采用UPS(Uninterruptible Power System,不间断电源)系统,以在供电电网故障时调节制动单元能正常工作。
作为其中一种优选实施方案,本实施例中的芯棒上设有激光测距仪。通过激光测距仪获取的位置信号作为芯棒的位置控制信息,通过芯棒的位置信息可获知芯棒处于低速限动段还是高速回退段,进而对芯棒的速度进行准确控制。由于激光测距仪为非接触式检测,故能够提高芯棒在运行过程中的可靠性。
作为另一优选实施方案,本实施例中芯棒的位置信息还可通过编码器和激光测距仪共同确定。其中,激光测距仪设置在芯棒上,编码器通过联轴器连接至限动齿条上。编码器和激光测距仪对芯棒的位置信息进行双重校验。
由以上技术方案可知,本申请中的芯棒限动的控制系统相较于现有的芯棒限动的控制系统,四台电机对应的逆变装置通过公共直流母线与连轧机组的逆变装置连接,能量交换在直流环节就可完成。由于省却了整流变压器,减少了电能的损耗,故芯棒的制动能够更快地进行响应,同时实现成本和能量两方面的节约。
应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种芯棒限动的控制方法,其特征在于,包括:
将芯棒设置在限动齿条的前端,在所述限动齿条的尾端安装芯棒夹持装置;
在所述限动齿条的上下两侧分别间隔设置两个传动齿轮,每个传动齿轮均与一个驱动电机连接;
每台电机均连接一逆变装置;
将每台逆变装置均通过公共直流母线与连轧机组主机的逆变装置连接;在与电机连接的逆变装置进行电能回馈时,回馈的电能通过所述公共直流母线补充给所述连轧机组主机。
2.根据权利要求1所述的芯棒限动的控制方法,其特征在于,在所述公共直流母线上还设有调节制动单元和制动电阻;所述公共直流母线通过整流/回馈装置与供电电网连接;所述调节制动单元的开关阀值高于所述整流/回馈装置的开关阀值;
在所述整流/回馈装置和所述公共直流母线正常工作时,所述公共直流母线中的电能通过整流/回馈装置传输至所述供电电网;
在所述整流/回馈装置出现故障或所述公共直流母线超过设定阈值时,所述调节制动单元将所述公共直流母线中的电能传输至所述制动电阻。
3.根据权利要求1或2所述的芯棒限动的控制方法,其特征在于,与所述限动齿条上侧两个传动齿轮连接的两个电机通过主控制单元控制,与所述限动齿条下侧两个传动齿轮连接的两个电机通过从控制单元控制;
所述主控制单元与PLC连接,主控制单元与从控制单元之间通过通信模块连接,完成四台电机的转矩分配。
4.根据权利要求3所述的芯棒限动的控制方法,其特征在于,所述主控制单元与PLC、所述主控制单元与所述从控制单元之间的通信网络均采用以太网。
5.根据权利要求3所述的芯棒限动的控制方法,其特征在于,所述逆变装置和/或所述调节制动单元的供电系统采用UPS系统,以在所述供电电网故障时所述调节制动单元能正常工作。
6.一种芯棒限动的控制系统,包括限动齿条,所述限动齿条的前端设置芯棒,所述限动齿条的尾端安装夹持装置,所述限动齿条的上下两侧分别间隔设置两个传动齿轮,每个传动齿轮均与一个驱动电机连接,每台电机均连接逆变装置,其特征在于,每台逆变装置均通过公共直流母线与连轧机组主机的逆变装置连接;在与电机连接的逆变装置进行电能回馈时,回馈的电能通过所述公共直流母线补充给所述连轧机组主机。
7.根据权利要求6所述的芯棒限动的控制系统,其特征在于,在所述公共直流母线上还设有调节制动单元和制动电阻;所述调节制动单元的开关阀值高于所述整流/回馈装置的开关阀值;
在所述整流/回馈装置和所述公共直流母线正常工作时,所述公共直流母线中的电能通过整流/回馈装置传输至所述供电电网;
在所述整流/回馈装置出现故障或所述公共直流母线超过设定阈值时,所述调节制动单元将所述公共直流母线中的电能传输至所述制动电阻。
8.根据权利要求7所述的芯棒限动的控制系统,其特征在于,所述逆变装置和/或所述调节制动单元的供电系统采用UPS系统。
9.根据权利要求7或8所述的芯棒限动的控制系统,其特征在于,所述电机均采用交流异步电机,且四台电机为并联驱动。
10.根据权利要求6至8中任一所述的芯棒限动的控制系统,其特征在于,所述芯棒上设有激光测距仪;或者所述芯棒上设有编码器和激光测距仪。
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