CN110355235A - 极薄不锈钢带卷取变径控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极薄不锈钢带卷取变径控制系统及方法,所述方法包括:卸卷小车将需重卷的钢卷运送至开卷机。开卷机卷筒膨胀固定钢卷,进行开卷。开卷后获得的带钢经防皱辊到达卷取机,卷取机固定带钢头部,完成穿带。卷取机和开卷机运行进行重卷。卷取机上带钢长度或重量达到预设要求后,停止运行。本发明的的极薄不锈钢带卷取变径控制系统及方法,通过对钢带进行开卷和重卷操作,可以改变钢卷的卷径,获得预设卷径的钢卷,满足不同的客户需求,使用范围较广。采用直接张力控制,开卷机和卷取机直接建张,动态力矩和机械损失力矩实时地对开卷机进行补偿,整个过程无抽段带,张力控制稳定,满足了卷取变径的要求,提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及钢带卷取技术领域,尤其涉及一种极薄不锈钢带卷取变径控制系统及方法。
背景技术
不锈钢极薄带钢目前已进入航空航天、医疗电子、通信半导体、汽车零部件等领域,具有非常高的附加值。精密带钢国内原有机组的设计生产能力卷取只能生产508mm卷径钢卷,不具备生产152mm和76mm卷径的能力,无法满足部分国内外客户对成品卷径的要求。0.05mm以下超薄不锈精密带钢生产难度极大,特别是宽度≥400mm的宽幅薄带重卷生产中极易造成抽带和断带,且难以保证卷紧和卷齐,严重制约了公司产品在超薄不锈钢领域的市场占有率。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题,本发明提供了一种极薄不锈钢带卷取变径控制系统及方法。具体技术方案如下:
第一方面,提供了一种极薄不锈钢带卷取变径控制系统,所述系统包括:卸卷小车、开卷机和卷取机,所述卸卷小车,用于将需重卷的钢卷运送到开卷机上;所述开卷机,用于对需重卷钢卷进行开卷;所述卷取机设置在所述开卷机的上料侧,用于将开卷后形成的带钢重卷成预设卷径的钢卷。
在一种可能的设计中,所述卷取机和所述开卷机之间还设置有防皱辊。
在一种可能的设计中,所述卷取机包括:钢结构机架、胀缩卷筒、可拆卸联轴器和变频电机,所述胀缩卷筒通过所述可拆卸联轴器安装在所述钢结构机架上,并在所述变频电机驱动下运转。
在一种可能的设计中,所述变频电机的电气部分包括功率单元、通讯单元、旋转变压器控制单元和中控单元,所述变频电机的旋转变压器与所述旋转变压器控制单元连接,所述旋转变压器控制单元与所述功率单元连接,所述功率单元与所述变频电机连接,所述中控单元通过所述通讯单元与所述功率单元连接。
在一种可能的设计中,所述系统还包括与所述中控单元连接的激光测距仪,用于测量所述卷取机上的钢卷直径。
第二方面,提供了一种极薄不锈钢带卷取变径控制方法,所述方法包括:
卸卷小车将需重卷的钢卷运送至开卷机;
开卷机卷筒膨胀固定钢卷,进行开卷;
开卷后获得的带钢经防皱辊到达卷取机,卷取机固定带钢头部,完成穿带;
卷取机和开卷机运行进行重卷;
卷取机上带钢长度或重量达到预设要求后,停止运行。
在一种可能的设计中,所述方法包括:穿带完成后,设定静张力,开卷机反向旋转,卷取拉紧带钢,带钢张力达到静张力时,开卷机处于静止堵转状态。
在一种可能的设计中,开卷机处于静止堵转状态后,开卷机和卷取机同时正向旋转,且使开卷机和卷取机给定速度差取机组运行速度的3%,开卷机工作于反向制动状态。
在一种可能的设计中,开卷机工作过程中,开卷机的正向转矩限幅值根据开卷机电机的额定转矩过载倍数确定,反向转矩限幅值通过下述公式一确定:
Me=MT-MD-MF 公式一
式中:Me表示电动机输出力矩;
MT表示带钢张力力矩;
MD表示动态力矩;
MF表示机械损失力矩;
其中,GD1 2表示开卷机卷筒部分飞轮力矩,单位为N·m2;
表示开卷机上钢卷飞轮力矩,单位为N·m2;
ρ表示带钢的密度,单位为kg/m3;
表示带钢线加速度,单位为m/s2;
D1表示开卷机上的卷筒直径;
D2表示开卷机上的钢卷直径。
在一种可能的设计中,所述方法包括:带钢速度改变时,对开卷机电机转矩进行附加补偿,补偿值为卷取机的加减速力矩值。
本发明技术方案的主要优点如下:
本发明的极薄不锈钢带卷取变径控制系统及方法,通过对钢带进行开卷和重卷操作,可以改变钢卷的卷径,获得预设卷径的钢卷,满足不同的客户需求,使用范围较广。采用直接张力控制,开卷机和卷取机直接建张,卷取机卷径通过直接测量方式获得,带钢运行过程中,开卷机双闭环控制,动态力矩和机械损失力矩实时地对开卷机进行补偿,卷取机拖动开卷机旋转,完成精密极薄不锈钢的卷取,实现了0.05mm以下精密不锈钢带的508mm卷径向156/72mm卷径的重卷,整个过程无抽段带,张力控制稳定,满足了卷取变径的要求,提高了生产效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明一个实施例提供的精密极薄不锈钢带卷取变径控制系统中卷取机电气部分连接示意图;
图2为本发明一个实施例提供的精密极薄不锈钢带卷取变径控制系统中开卷机张力调节示意图;
图3为本发明一个实施例提供的精密极薄不锈钢带卷取变径控制方法的流程图。
具体实施方式
名词解释:
本发明中,“极薄不锈钢带”指厚度在0.05mm以下的不锈钢带。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
以下结合附图,详细说明本发明实施例提供的技术方案。
第一方面,本发明实施例提供了一种极薄不锈钢带卷取变径控制系统,该系统包括:卸卷小车、开卷机和卷取机,卸卷小车,用于将需重卷的钢卷运送到开卷机上;开卷机,用于对需重卷钢卷进行开卷;卷取机设置在开卷机的上料侧,用于将开卷后形成的带钢重卷成预设卷径的钢卷。
以下对本发明实施例提供的极薄不锈钢带卷取变径控制系统的工作原理进行说明:
卸卷小车将需重卷的钢卷运送至开卷机。开卷机卷筒膨胀固定钢卷,进行开卷。开卷后获得的带钢到达卷取机,卷取机固定带钢头部,完成穿带。卷取机运行进行重卷。卷取机上带钢长度或重量达到预设要求后,停止运行。
可见,本发明实施例提供的极薄不锈钢带卷取变径控制系统,通过对钢带进行开卷和重卷操作,可以改变钢卷的卷径,获得预设卷径的钢卷,满足不同的客户需求,使用范围较广。
可选地,本发明实施例中,卷取机和开卷机之间还设置有防皱辊。通过设置防皱辊使钢带保持平直,保证带钢正常运行和卷取。
本发明实施例中,卷取机用于完成带钢的重卷,成品钢卷的卷径由卷取机进行直接控制,对于卷取机的结构,以下进行示例说明:
作为一种示例,卷取机包括:钢结构机架、胀缩卷筒、可拆卸联轴器和变频电机,胀缩卷筒通过可拆卸联轴器安装在钢结构机架上,并在变频电机驱动下运转。钢结构机架用于提供安装基础,胀缩卷筒便于根据使用需求膨胀至预设直径,以获取预设卷径的钢卷。胀缩卷筒通过可拆卸联轴器安装在钢结构机架上,便于更换不同规格的胀缩卷筒。
举例来说,本发明实施例中,卷取机至少配备有两个不同规格的胀缩卷筒,该两个胀缩卷筒分别可膨胀至152mm和76mm,分别用于152mm和76mm卷径的钢卷的重卷。
该示例中,变频电机用于提供驱动力,带动胀缩卷筒转动完成钢卷的重卷,可选地,如附图1所示,变频电机的电气部分包括功率单元、通讯单元、旋转变压器控制单元和中控单元,变频电机的旋转变压器与旋转变压器控制单元连接,旋转变压器控制单元与功率单元连接,功率单元与变频电机连接,中控单元通过通讯单元与功率单元连接。
其中,功率单元可以为S120功率单元,通讯单元可以为CU320功率单元,旋转变压器控制单元可以为SMC10旋转变压器控制单元。中控单元上可以设置有HMI intouch操作界面,通过操作界面可以设置卷径、速度、张力等参数。
本发明实施例提供的极薄不锈钢带卷取变径控制系统中,电源采用直流母线的形式,变频电机和抱闸采用单独控制,通过中控单元可以分别控制两者的启闭。
可选地,本发明实施例提供的极薄不锈钢带卷取变径控制系统系统还包括与中控单元连接的激光测距仪,用于测量卷取机上的钢卷直径。如此设置,通过激光测距仪直接进行钢卷直径的测量,避免通过带钢速度等进行间接计算导致的误差
第二方面,本发明实施例提供了一种极薄不锈钢带卷取变径控制方法,如附图3所示,该方法包括:
卸卷小车将需重卷的钢卷运送至开卷机。
开卷机卷筒膨胀固定钢卷,进行开卷。
开卷后获得的带钢经防皱辊到达卷取机,卷取机固定带钢头部,完成穿带。
卷取机运行进行重卷。
卷取机上带钢长度或重量达到预设要求后,停止运行。
具体地,本发明实施例提供的极薄不锈钢带卷取变径控制方法还包括:穿带完成后,设定静张力,开卷机反向旋转,卷取拉紧带钢,带钢张力达到静张力时,开卷机处于静止堵转状态。通过该步骤,使带钢逐渐达到紧绷状态,便于后续卷取工作的进行。
其中,静张力的大小可以根据机组稳定运行时机组张力的百分比确定,其中,机组张力表示机组稳定运行时的带钢张力。
开卷机处于静止堵转状态后,开卷机和卷取机同时正向旋转(开卷机进行开卷,卷取机进行卷取的方向),且使开卷机和卷取机给定速度差取机组运行速度的3%,开卷机工作于反向制动状态。由于卷取机速度大于开卷机的速度,该过程中实质上是卷取机拖动开卷机加速旋转,此时开卷机的转矩方向和转速方向相反,开卷机工作于反向制动状态。其中,机组运行速度表示机组稳定运行时带钢的速度,也即为全线基速辊的速度,由于开卷机和卷取机的速度存在差值,机组运行速度可取开卷机的速度。
重卷过程中,张力控制的稳定型是保证重卷效果的重要指标。开卷机的张力控制尤为重要,采用最大力矩控制方式,使电枢电流I正比于不管是卷取线速度升高,或是因卷径减小要求电动机转速随卷径减少而升高,转速变化均按照在基速以下采用调压和在基速以上采用弱磁的方法。由于不能直接检测带钢张力,为了准确控制卷取带钢张力,控制开卷机的输出转矩。
具体地,开卷机工作过程中,开卷机的正向转矩限幅值根据开卷机电机的额定转矩过载倍数确定,反向转矩限幅值通过下述公式一确定:
Me=MT-MD-MF 公式一
式中:Me表示电动机输出力矩;
MT表示带钢张力力矩,其中,带钢张力力矩可以根据张力数据获得;
MD表示动态力矩,其获取方式可以参见下述公式二和公式三;
MF表示机械损失力矩,其中机械损失力矩受负载影响波动,对计算结果的影响较小,实际使用时可以采用固定值作为近似取值;
其中,GD1 2表示开卷机卷筒部分飞轮力矩,单位为N·m2,在开卷机结构不变的前提下,其为固定值;
表示开卷机上钢卷飞轮力矩,单位为N·m2;
ρ表示带钢的密度,单位为kg/m3;
表示带钢线加速度,单位为m/s2;
D1表示开卷机上的卷筒直径,测量可得;
D2表示开卷机上的钢卷直径,通过测光测距仪可测得。
式中,GD1 2和均为折算至电机输出轴上的数值,i为减速比,一般电机铭牌上会进行标注。
进一步地,对电机的输出转矩进行限幅的同时,在带钢的加减速过程中,为了保证带钢张力恒定,需要对电机转矩进行附加补偿,其补偿值应为卷取机的加减速力矩值。由附图2开卷机控制框图可知,开卷机控制系统实际是一个双环控制系统,转矩环和磁通环为内环,转速环为外环。对于转矩调节器,其输入为转速调节器的输出。在系统给出机组运行速度指令后,由于卷取机拖动开卷机加速旋转,开卷机的实际返回速度比给定速度大,使得速度调节器的输出达到饱和限幅值,此时,按公式一控制转矩限幅就可以控制电机的转矩,保证开卷机加速和平稳运行时张力恒定,即保证了整个机组运行时张力的恒定。当机组运行速度稳定后,开卷机的实际返回速度仍比给定速度大,速度调节器的输出保持饱和限幅值,此时开卷机的加速转矩为零,附加转矩补偿值也为零,按公式一控制转矩限幅就可以控制电机的转矩,保证开卷机平稳运行时张力恒定,即保证了整个机组平稳运行时张力的恒定。
综上所述,本发明实施例提供的精密极薄不锈钢带的卷取变径控制方法,采用直接张力控制,开卷机和卷取机直接建张,卷取机卷径通过直接测量方式获得,带钢运行过程中,开卷机双闭环控制,动态力矩和机械损失力矩实时地对开卷机进行补偿,卷取机拖动开卷机旋转,完成精密极薄不锈钢的卷取,实现了0.05mm以下精密不锈钢带的508mm卷径向156/72mm卷径的重卷,整个过程无抽段带,张力控制稳定,满足了卷取变径的要求,提高了生产效率。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外,本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种极薄不锈钢带卷取变径控制系统,其特征在于,所述系统包括:卸卷小车、开卷机和卷取机,
所述卸卷小车,用于将需重卷的钢卷运送到开卷机上;
所述开卷机,用于对需重卷钢卷进行开卷;
所述卷取机设置在所述开卷机的上料侧,用于将开卷后形成的带钢重卷成预设卷径的钢卷。
2.根据权利要求1所述的极薄不锈钢带卷取变径控制系统,其特征在于,所述卷取机和所述开卷机之间还设置有防皱辊。
3.根据权利要求1所述的极薄不锈钢带卷取变径控制系统,其特征在于,所述卷取机包括:钢结构机架、胀缩卷筒、可拆卸联轴器和变频电机,所述胀缩卷筒通过所述可拆卸联轴器安装在所述钢结构机架上,并在所述变频电机驱动下运转。
4.根据权利要求3所述的极薄不锈钢带卷取变径控制系统,其特征在于,所述变频电机的电气部分包括功率单元、通讯单元、旋转变压器控制单元和中控单元,所述变频电机的旋转变压器与所述旋转变压器控制单元连接,所述旋转变压器控制单元与所述功率单元连接,所述功率单元与所述变频电机连接,所述中控单元通过所述通讯单元与所述功率单元连接。
5.根据权利要求4所述的极薄不锈钢带卷取变径控制系统,其特征在于,所述系统还包括与所述中控单元连接的激光测距仪,用于测量所述卷取机上的钢卷直径。
6.一种极薄不锈钢带卷取变径控制方法,其特征在于,所述方法包括:
卸卷小车将需重卷的钢卷运送至开卷机;
开卷机卷筒膨胀固定钢卷,进行开卷;
开卷后获得的带钢经防皱辊到达卷取机,卷取机固定带钢头部,完成穿带;
卷取机和开卷机运行进行重卷;
卷取机上带钢长度或重量达到预设要求后,停止运行。
7.根据权利要求6所述的极薄不锈钢带卷取变径控制方法,其特征在于,所述方法包括:
穿带完成后,设定静张力,开卷机反向旋转,卷取拉紧带钢,带钢张力达到静张力时,开卷机处于静止堵转状态。
8.根据权利要求7所述的极薄不锈钢带卷取变径控制方法,其特征在于,开卷机处于静止堵转状态后,开卷机和卷取机同时正向旋转,且使开卷机和卷取机给定速度差取机组运行速度的3%,开卷机工作于反向制动状态。
9.根据权利要求8所述的极薄不锈钢带卷取变径控制方法,其特征在于,开卷机工作过程中,开卷机的正向转矩限幅值根据开卷机电机的额定转矩过载倍数确定,反向转矩限幅值通过下述公式一确定:
Me=MT-MD-MF 公式一
式中:Me表示电动机输出力矩;
MT表示带钢张力力矩;
MD表示动态力矩;
MF表示机械损失力矩;
其中,GD1 2表示开卷机卷筒部分飞轮力矩,单位为N·m2;
表示开卷机上钢卷飞轮力矩,单位为N·m2;
ρ表示带钢的密度,单位为kg/m3;
表示带钢线加速度,单位为m/s2;
D1表示开卷机上的卷筒直径;
D2表示开卷机上的钢卷直径。
10.根据权利要求9所述的极薄不锈钢带卷取变径控制方法,其特征在于,所述方法包括:带钢速度改变时,对开卷机电机转矩进行附加补偿,补偿值为卷取机的加减速力矩值。
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