CN110842032A - 老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，包括建立并检查传动速度反馈系统；现场传动速度反馈系统优化；单体传动设备的传动速度参数优化、张力补偿优化和机械设备检查优化；全线传动设备速度联调和张力继续优化。本方法适用于传动及其辅助功能系统老化的轧钢产线，可在热轧、冷轧镀锌、冷轧连轧等轧钢产线。为产线的新钢种带钢的开发生产和其他钢种的产品质量提升，提供设备功能、性能保障，提高设备控制精度和稳定生产作业率，提供可行的技术手段和技术思路。

Description

老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法
技术领域
本专利申请属于冷轧镀锌生产线自动化系统优化技术领域，更具体地说，是涉及一种老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法。
背景技术
国内许多镀锌产线自从上线生产以来，传动系统只在产线建设之初进行过速度优化调试，之后从未进行过速度优化和张力补偿优化，许多参数已经不适应现在的生产及设备实际状况了，建厂达十年以上的镀锌产线都面临这个问题，需要进行全线主辅传动速度优化、张力补偿优化和现场速度反馈机制的建设，否则整条产线将无法提升老旧产线的传动速度响应和动态控制功能，无法支撑新的产品开发和保证原有产品的产品质量。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，解决背景技术存在的上述问题。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，包括如下步骤：
步骤一、建立并检查传动速度反馈系统；
步骤二、现场传动速度反馈系统优化；
步骤三、单体传动设备的传动速度参数优化、张力补偿优化和机械设备检查优化；
步骤四、全线传动设备速度联调和张力继续优化。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤一是通过对主速传动辊安装符合精度要求的编码器和对全线已有编码器的精度、线缆的接线、接手和硬件功能检查，建立起全线速度反馈机制。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤二是对现场已完成安装的编码器进行软件测试，判断其是否能正常使用，能否满足现场对反馈精度的需求，对现场反馈曲线异常的编码器进行检查、更换，对现场有电磁干扰的布线环境进行改造，确保反馈机制每个环节工作正常。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤三中，单体传动设备的传动速度参数优化是指，通过单体传动设备空转，利用一级PLC软件对所优化的单体传动设备进行速度设定和速度反馈监控，得到速度设定曲线和速度反馈监控曲线，通过对这两个曲线的对比，计算单体传动设备恒速时的速度偏差和变速时的速度超调量，使其在达到设定恒定速度时，实际速度偏差不超过0.5％，加减速过程中速度超调量不超过5％；如果速度偏差量过大存在速度抖动或者超调过大，传动技术人员通过PID参数调节达到减小速度偏差和调节超调量的目的。
本发明技术方案的进一步改进在于：单体传动设备为传动辊，传动辊的实际速度偏差不超过0.3％，加减速过程中传动辊的速度超调量不超过3％。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤三中，张力补偿优化是指电机带辊组成的系统正常运转情况的摩擦力补偿和加减速过程中动态惯量补偿，张力补偿优化的具体操作过程是先控制电机带辊转动一定时间达到正常运行时的润滑程度，之后借助张力补偿计算软件控制该电机带辊按一定规律运行，并计算相应的惯性补偿，使电机带辊转动过程中遇到的摩擦阻力和动态惯性补偿量更接近实际情况。
本发明技术方案的进一步改进在于：张力补偿优化具体为：借助工具软件(如西门子或其他开源工具软件)，先控制电机带辊转动2小时以上(考虑冬季气温较低)达到正常运行时的润滑程度，之后，借助张力补偿计算软件控制该电机带辊按一定规律运行；
控制该电机带辊按一定规律运行是指：电机从20％额定速度给定开始，逐步增加速度给定，每次增加8-15％的(10％额定速度左右)额定速度，保证给定速度保持阶跃变化，直到电机速度给定达到额定值。
此步骤(电机按调试优化规律运行，每个速度阶跃都做PID参数调试，观察对应曲线，确保速度的跟随相应性能和速度超调满足调试优化要求。张力补偿优化可用西门子或其他开源优化工具软件自动计算相应的摩擦系数，惯性补偿。一般是计算相应的惯性补偿，使电机带辊转动过程中遇到的摩擦阻力和动态惯性补偿量更接近实际情况，工具软件将最终的优化修改的结果写入PLC对应模块。调试过程通过工具软件生成曲线观察效果或通过IBA软件监控速度、张力等曲线看调试效果。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤三中，机械设备检查优化是对现场传动设备进行检查，对主速控制设备重点检查，对甩掉和没有添加编码器反馈的主传动设备及时安装精度合适的编码器，实现主速控制设备的速度反馈数据准确无误，为速度优化奠定基础，在初步速度检查中发现的机械问题联系相关部门，及时进行处理，保证现场机械设备运转正常。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤四包括两步，第一步全线空载起车，检查各区域传动设备的速度曲线和张力补偿，对不能满足速度偏差不超过0.5％，速度超调量不超过5％的传动设备继续进行速度优化；第二步是带载后继续检查全线速度曲线和张力补偿，将传动速度参数和张力补偿参数进一步优化至合理区间，否则还需要从步骤一开始。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：
本发明适用于所有需要设备运行超过十年以上，且传动系统仅仅在调试上线之初做过全线传动系统调试优化的老旧产线，可利用产线大修的时间，通过系统规范调试，通过对现场反馈系统的优化和精度调整，利用软件监控并修改全线的速度和张力补偿参数，实现全线传动系统速度和张力补偿优化，让老旧镀锌产线传动设备和张力控制系统基本达到设计之初的水平，让老旧产线的传动设备能够适应新产品开发对速度控制精度和响应、对张力控制精度的需求。
本发明采取全线主辅传动速度参数优化、张力补偿优化、现场速度反馈系统建立和优化、现场机械设备的辅助优化的一套可行的有效方法。通过三类技术手段实现，基础反馈数据的优化通过对现场电机所连接的编码器安装、调试、优化实现，机械设备正常由相关机械维检部门保障；速度的优化通过用专业软件与一级相连，获取速度设定和反馈数据曲线和速度动态响应，通过参数优化不断提升实际速度对设定速度的响应和跟随，实现速度偏差不超过0.5％，速度超调量不超过5％；张力补偿优化通过程序，根据实际的反馈，优化速度控制系统，使电机带辊转动过程中遇到的摩擦阻力和动态惯性补偿量更接近实际情况，进而实现速度张力补偿系统的优化。适用于传动及其辅助功能系统老化的轧钢产线，可在热轧、冷轧镀锌、冷轧连轧等轧钢产线。为产线的新钢种带钢的开发生产和其他钢种的产品质量提升，提供设备功能、性能保障，提高设备控制精度和稳定生产作业率，提供可行的技术手段和技术思路，通过该发明能够实现老旧设备优化设备性能，满足产线新的产品创新需求，实现老旧产线产能和功能的升级改造。目前在在镀锌产线领域应用效果良好，优化成本低廉，便于硬件采购和系统改造升级。
附图说明
图1是本发明的连接示意图；
图2是本发明实施例中4号张力辊3#辊优化前速度曲线图；
图3是本发明实施例中4号张力辊3#辊优化后速度曲线图；
图4是本发明实施例中出口1#向下转向辊优化前速度曲线图；
图5是本发明实施例中出口1#向下转向辊优化后速度曲线图；
图6是本发明实施例中优化前工艺段在拉矫机打开时张力波动情况图；
图7是本发明实施例中优化后工艺段在拉矫机打开时张力波动情况图；
图8是本发明实施例中优化前入口速度变化对工艺段影响图；
图9是本发明实施例中优化后入口速度变化对工艺段影响图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明公开了一种老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，包括如下步骤：
步骤一、建立并检查传动速度反馈系统；
步骤二、现场传动速度反馈系统优化；
步骤三、单体传动设备的传动速度参数优化、张力补偿优化和机械设备检查优化；
步骤四、全线传动设备速度联调和张力继续优化。
步骤一是通过对主速传动辊安装符合精度要求的编码器和对全线已有编码器的精度、线缆的接线、接手和硬件功能检查，建立起全线速度反馈机制。
步骤二是对现场已完成安装的编码器进行软件测试，判断其是否能正常使用，能否满足现场对反馈精度的需求，对现场反馈曲线异常的编码器进行检查、更换，对现场有电磁干扰的布线环境进行改造，确保反馈机制每个环节工作正常。
步骤三中，单体传动设备的传动速度参数优化是指，通过单体传动设备空转，利用一级PLC软件对所优化的单体传动设备进行速度设定和速度反馈监控，得到速度设定曲线和速度反馈监控曲线，通过对这两个曲线的对比，计算单体传动设备恒速时的速度偏差和变速时的速度超调量，使其在达到设定恒定速度时，实际速度偏差不超过0.5％，加减速过程中速度超调量不超过5％；如果速度偏差量过大存在速度抖动或者超调过大，传动技术人员通过PID参数调节达到减小速度偏差和调节超调量的目的。
单体传动设备为传动辊，传动辊的实际速度偏差不超过0.3％，加减速过程中传动辊的速度超调量不超过3％。
步骤三中，张力补偿优化是指电机带辊组成的系统正常运转情况的摩擦力补偿和加减速过程中动态惯量补偿，张力补偿优化的具体操作过程是先控制电机带辊转动一定时间达到正常运行时的润滑程度，之后借助张力补偿计算软件控制该电机带辊按一定规律运行，并计算相应的惯性补偿，使电机带辊转动过程中遇到的摩擦阻力和动态惯性补偿量更接近实际情况。
张力补偿优化具体为：借助西门子或其他开源工具软件，先控制电机带辊转动2小时以上(考虑冬季气温较低)达到正常运行时的润滑程度，之后，借助张力补偿计算软件控制该电机带辊按一定规律运行；
控制该电机带辊按一定规律运行是指：电机从20％额定速度给定开始，逐步增加速度给定，每次增加8-15％的(10％额定速度左右)额定速度，保证给定速度保持阶跃变化，直到电机速度给定达到额定值。
此步骤电机按调试优化规律运行，每个速度阶跃都做PID参数调试，观察对应曲线，确保速度的跟随相应性能和速度超调满足调试优化要求。张力补偿优化可用西门子或其他开源优化工具软件自动计算相应的摩擦系数，惯性补偿。一般是计算相应的惯性补偿，使电机带辊转动过程中遇到的摩擦阻力和动态惯性补偿量更接近实际情况，工具软件将最终的优化修改的结果写入PLC对应模块。调试过程通过工具软件生成曲线观察效果或通过IBA软件监控速度、张力等曲线看调试效果。
步骤三中，机械设备检查优化是对现场传动设备进行检查，对主速控制设备重点检查，对甩掉和没有添加编码器反馈的主传动设备及时安装精度合适的编码器，实现主速控制设备的速度反馈数据准确无误，为速度优化奠定基础，在初步速度检查中发现的机械问题联系相关部门，及时进行处理，保证现场机械设备运转正常。
步骤四包括两步，第一步全线空载起车，检查各区域传动设备的速度曲线和张力补偿，对不能满足速度偏差不超过0.5％，速度超调量不超过5％的传动设备继续进行速度优化；第二步是带载后继续检查全线速度曲线和张力补偿，将传动速度参数和张力补偿参数进一步优化至合理区间，否则还需要从步骤一开始。现场速度反馈机构硬件检查是指编码器线缆及与电机接手等现场速度反馈机构硬件检查。
下面以某镀锌产线为例，优化调试前后对比数据曲线和部分调试数据见表1：
Figure BDA0002256192110000061
Figure BDA0002256192110000071
Figure BDA0002256192110000081
表1镀锌线传动调试参数修改
速度张力优化前后对比如下所示：(由于涉及的图片过多，因此只选取部分图片予以展示)
一、通过S7PIA调试工具软件单体优化效果数据举例
通过对全线主要传动的优化发现存在以下问题：
曲线说明：所有速度曲线都是实际速度(m/min)以最左端的纵坐标为参考，传动速度输出百分比(％)以左边第二个纵坐标为参考，其他都是中间变量可以不用考虑。
主产线：
主产线上传动存在问题的设备是：2号张力辊2#辊、4号张力辊3#辊、5号张力辊2#辊和出口1号向下转向辊。
1)2号张力辊2#辊，优化前张力辊速度抖动厉害，优化前2#张力辊2#辊速度基本不受控，抖动厉害，原因是编码器故障，更换了编码器后恢复正常。
2)产线4号张力辊3#辊(见图2-图3)，速度抖动厉害，速度偏差超调超过1％。4号张力辊3#辊是全线的主速辊，它的速度直接影响其他从辊的速度，因此该辊的速度超差过大绝对影响产线的整体速度稳定，通过逐步排查最终确定是编码器与电机轴连接件同轴度不好，更换了该件和编码器。
3)5号张力辊2#辊存在问题，速度偏差较大，越高速偏差越明显。5号张力辊2#辊的问题和4号张力辊3#辊相同，都是由于编码器存在问题导致反馈信号抖动，更换编码器后达到正常水平。
4)出口1#向下转向辊(见图4-图5)，速度超调严重并且存在规律性的速度尖峰，现场能听到周期性的异响，证明一方面速度控制不好，另一方面减速机存在问题。解体后发现齿轮打齿，相关部门已经修理。因为该转向辊是小电机带大直径辊因此允许调试后曲线超调现象，目前超调量在8％左右。
5)入口碱洗段2#向上转向辊，速度抖动幅度较大，经过调整传动参数只能改善一部分，现场电机和减速机有异响，已经通知点检站做检查。
6)出口两个卷取机没有张力补偿，已经按照正常步骤做了张力补偿。
7)8号张力辊2#辊没有张力补偿，已经按照正常步骤做了张力补偿。
炉子区域
炉子区域传动存在问题的设备是：1#辊(RR1)速度波浪形超差严重，2#辊(RR2)速度波浪形超差严重，3#辊(RR3)速度超差大，6#辊(TT3)抖动，7#辊(TT4)波浪形速度，11#辊(TT8)高速抖动厉害，16#辊(TT13)抖动，18#辊(TT15)波浪形速度，低速抖动剧烈，19#辊(TT16)低速剧烈抖动，25#辊(中间2#张力辊)超调量大，速度曲线波浪，26#辊(中间3#张力辊)超调量大，27#辊(TT21)超调量大，速度有波动。28-31号辊(EE1-EE4)新更换的变频器，更换后调试速度没有问题。
本次配合传动调试炉辊区域共更换了10个编码器，分别是：1#、2#、3#、7#、15#、18#、19#、23#、27#、31#炉辊，修复16#炉辊编码器。目前炉辊全部带编码器，实际速度反馈全部为真实速度。
二、张力优化实施效果IBA监控数据
通过对比优化前后的运行曲线检测优化效果，工艺段主速辊是4#张力辊3号辊，通过对其速度和张力变化对比优化前后效果，同时张力计能直接反应产线真实占比波动情况，采用炉子入口张力计反应产线张力实际波动情况如下所示：
在拉矫机过焊缝张力变化过程中(见图6-图7)，4#张力辊3号辊的张力最大波动，优化后在5KN左右，优化前在10KN左右。炉子入口张力计显示优化前波动在4KN，优化后1kN。
在入口加速过程中(见图8-图9)，优化前炉子入口张力计波动量在1KN左右，优化后炉子入口张力波动小于0.7KN。
三、西门子DRVMONITOR工具软件调试部分效果数据
CGL1 8#张力辊一号辊生产中电机曲线对比，调整积分变量，稳定转矩给定，避免转矩的震荡。
水淬槽沉没辊优化后转矩给定和电机转矩稳定，8#曲线为转矩给定，4#曲线为电机转矩，1#速度斜坡输入给定；2#速度编码器反馈；3#速度调节器输入给定；4#电机转矩；5#速度调节器输出；6#转矩附加给定；7#速度附加给定(DROOP)8#转矩给定。
出口向下转向辊增加转矩附加(前馈给定)功能，电机速度稳定前提下，转矩变化平稳，主要调整优化参数：P235速度调节器比例系数、P240速度调节器积分系数。

Claims (9)

1.一种老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、建立并检查传动速度反馈系统；
步骤二、现场传动速度反馈系统优化；
步骤三、单体传动设备的传动速度参数优化、张力补偿优化和机械设备检查优化；
步骤四、全线传动设备速度联调和张力继续优化。
2.根据权利要求1所述的老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，其特征在于：步骤一是通过对主速传动辊安装符合精度要求的编码器和对全线已有编码器的精度、线缆的接线、接手和硬件功能检查，建立起全线速度反馈机制。
3.根据权利要求2所述的老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，其特征在于：步骤二是对现场已完成安装的编码器进行软件测试，判断其是否能正常使用，能否满足现场对反馈精度的需求，对现场反馈曲线异常的编码器进行检查、更换，对现场有电磁干扰的布线环境进行改造，确保反馈机制每个环节工作正常。
4.根据权利要求3所述的老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，其特征在于：步骤三中，单体传动设备的传动速度参数优化是指，通过单体传动设备空转，利用一级PLC软件对所优化的单体传动设备进行速度设定和速度反馈监控，得到速度设定曲线和速度反馈监控曲线，通过对这两个曲线的对比，计算单体传动设备恒速时的速度偏差和变速时的速度超调量，使其在达到设定恒定速度时，实际速度偏差不超过0.5%，加减速过程中速度超调量不超过5%；如果速度偏差量过大存在速度抖动或者超调过大，传动技术人员通过PID参数调节达到减小速度偏差和调节超调量的目的。
5.根据权利要求4所述的老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，其特征在于：单体传动设备为传动辊，传动辊的实际速度偏差不超过0.3%，加减速过程中传动辊的速度超调量不超过3%。
6.根据权利要求3所述的老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，其特征在于：步骤三中，张力补偿优化是指电机带辊组成的系统正常运转情况的摩擦力补偿和加减速过程中动态惯量补偿，张力补偿优化的具体操作过程是先控制电机带辊转动一定时间达到正常运行时的润滑程度，之后借助张力补偿计算软件控制该电机带辊按一定规律运行，并计算相应的惯性补偿，使电机带辊转动过程中遇到的摩擦阻力和动态惯性补偿量更接近实际情况。
7.根据权利要求6所述的老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，其特征在于：张力补偿优化具体为：借助工具软件，先控制电机带辊转动2小时以上达到正常运行时的润滑程度，之后，借助张力补偿计算软件控制该电机带辊按一定规律运行；
控制该电机带辊按一定规律运行是指：电机从20%额定速度给定开始，逐步增加速度给定，每次增加8-15%的额定速度，保证给定速度保持阶跃变化，直到电机速度给定达到额定值。
8.根据权利要求3所述的老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，其特征在于：步骤三中，机械设备检查优化是对现场传动设备进行检查，对主速控制设备重点检查，对甩掉和没有添加编码器反馈的主传动设备及时安装精度合适的编码器，实现主速控制设备的速度反馈数据准确无误，为速度优化奠定基础，在初步速度检查中发现的机械问题联系相关部门，及时进行处理，保证现场机械设备运转正常。
9.根据权利要求1-8任一项所述的老旧镀锌产线传动速度优化和张力补偿优化的方法，其特征在于：步骤四包括两步，第一步全线空载起车，检查各区域传动设备的速度曲线和张力补偿，对不能满足速度偏差不超过0.5%，速度超调量不超过5%的传动设备继续进行速度优化；第二步是带载后继续检查全线速度曲线和张力补偿，将传动速度参数和张力补偿参数进一步优化至合理区间，否则还需要从步骤一开始。
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