CN203494895U

CN203494895U - 一种保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置

Info

Publication number: CN203494895U
Application number: CN201320612375.4U
Authority: CN
Inventors: 李文广; 雷锐光; 李凯
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2023-09-25

Abstract

本实用新型公开了一种保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，包括主机、从机、主机电机和从机电机，还包括设有控制单元的变频器，主机和从机内分别设有主电机模块和从电机模块，主机电机和从机电机分别与主电机模块和从电机模块相连，主机电机通过主机编码器与主机柜安装式编码器模块相连，从机电机通过从机编码器与从机柜安装式编码器模块相连，主机柜安装式编码器模块和从机柜安装式编码器模块分别与主电机模块和从电机模块相连，主电机模块的信号端与控制单元的信号端相连，控制单元的信号端与从电机模块的信号端相连。本实用新型具有电机跟随性好、稳定性高、带钢产量和质量高、故障率低的特点，可以广泛应用于钢铁行业冷轧带钢生产线上。

Description

一种保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置

技术领域

本实用新型涉及钢铁行业冷轧带钢生产线，特别是涉及一种保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置。

背景技术

张力辊又称S辊，广泛使用于冷轧厂中，经过张力辊的带钢通过与张力辊包绕接触处即包角处产生的摩擦改变张力，达到控制张力的目的。在现有的冷轧工艺中，四个张力辊一个为主机，其余三个为从机，从机要求跟随主机做到出力一致，为此，张力辊利用“缠绕效应”获得良好的张力倍增效果，这一方面符合工艺所要求的张力值，另一方面又可对工艺段各张力值作出适当调控，以保证生产的正常进行。而且镀锡线的冷轧板材板型薄，对于张力的稳定性要求高，这就要求电机的出力有着良好的跟随性和稳定性。而国内大多数的冷轧镀锡线均为老的冷轧带钢生产线，机械设备老旧，机械磨损较为严重，更换起来成本较高，所以对于电气设备的抗干扰能力以及响应速度就提出了更高的要求，其中对于张力辊平衡控制的要求尤甚。

现有的镀锡线均用直流电机来驱动，通过工艺板T400或者T100来对主机和从机进行控制，并在四个张力辊的传动装置之间建立起通讯机制。在这种主从控制方式下，如果张力辊辊径变化或者出现表面倾斜等情况，就会造成张力辊打滑，对镀锡表面产生划伤，从而影响产品质量；而如果出现断带（即连续生产时用胶带连接的钢板在接头处被拉断）则会导致从机飞车的情况发生。同时，由于国内的冷轧带钢生产线电气设备大多老化，导致故障频繁发生，严重影响到镀锡板的产量和质量。

有鉴于此，这些冷轧镀锡线的电气设备亟待进行升级和改造，以达到减少故障率，提高产品质量的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，使其具有电机跟随性好、稳定性高、带钢产品产量大、质量高、故障率低、避免了带钢打滑和从机飞车现象、生产设备安全性高。

本实用新型提供的一种保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，包括主机、从机以及分别与主机和从机相连的主机电机和从机电机，还包括通过现场总线与PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）相连、设有控制单元的变频器，所述主机和从机内分别设有主电机模块和从电机模块，所述主机电机和从机电机的信号输入端分别与主电机模块和从电机模块的信号输出端相连，所述主机电机的信号输出端通过主机编码器与主机柜安装式编码器模块（Sensor Module Cabinet_Mouted，SMC）的信号输入端相连，所述从机电机的信号输出端通过从机编码器与从机柜安装式编码器模块的信号输入端相连，所述主机柜安装式编码器模块和从机柜安装式编码器模块的信号输出端分别与主电机模块和从电机模块的信号输入端相连，所述主电机模块的第三信号输入输出端与控制单元的第二信号输入输出端相连，所述控制单元的第一信号输入输出端与从电机模块的信号输入输出端相连。

在上述技术方案中，所述从机包括第一从机、第二从机和第三从机，所述从机电机包括分别与第一从机、第二从机和第三从机相连的第一从机电机、第二从机电机和第三从机电机，所述从电机模块包括分别内置于第一从机、第二从机和第三从机内的第一从电机模块、第二从电机模块和第三从电机模块，所述从机编码器包括第一从机编码器、第二从机编码器和第三从机编码器，所述从机柜安装式编码器模块包括第一从机柜安装式编码器模块、第二从机柜安装式编码器模块和第三从机柜安装式编码器模块，所述第一从机电机、第二从机电机和第三从机电机的信号输入端分别与第一从电机模块、第二从电机模块和第三从电机模块的信号输出端相连，所述第一从机电机的信号输出端通过第一从机编码器与第一从机柜安装式编码器模块的信号输入端相连，所述第二从机电机的信号输出端通过第二从机编码器与第二从机柜安装式编码器模块的信号输入端相连，所述第三从机电机的信号输出端通过第三从机编码器与第三从机柜安装式编码器模块的信号输入端相连，所述第一从机柜安装式编码器模块、第二从机柜安装式编码器模块和第三从机柜安装式编码器模块的信号输出端分别与第一从电机模块、第二从电机模块和第三从电机模块的信号输入端相连，所述控制单元的第一信号输入输出端与第一从电机模块的第四信号输入输出端相连，所述第一从电机模块的第五信号输入输出端与第二从电机模块的第六信号输入输出端相连，所述第二从电机模块的第七信号输入输出端与第三从电机模块的第八信号输入输出端相连。

在上述技术方案中，所述主电机模块、第一从电机模块、第二从电机模块和第三从电机模块分别设有主机电机可控硅、第一从机电机可控硅、第二从机电机可控硅和第三从机电机可控硅，所述主机电机可控硅、第一从机电机可控硅、第二从机电机可控硅和第三从机电机可控硅的信号输出端分别与主机电机、第一从机电机、第二从机电机和第三从机电机的信号输入端相连。

在上述技术方案中，所述主机电机可控硅、第一从机电机可控硅、第二从机电机可控硅和第三从机电机可控硅均为绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）。

在上述技术方案中，所述主机电机和从机电机均为交流电机。

在上述技术方案中，所述变频器为西门子S120变频器，所述控制单元为设于西门子S120变频器内的CU320（Controller Unit，控制单元）。

在上述技术方案中，所述现场总线为Profibus（一种通讯协议）现场总线。

在上述技术方案中，所述Profibus现场总线为Profibus-DP现场总线。

解决本实用新型所面对的技术问题主要从以下三个方面着手：

1、各个张力辊传动装置之间的通讯问题，这将直接影响到系统的反应速度和控制精度，所述变频器使用西门子S120变频器，采用交-直-交公用直流母线形式，使用西门子S120变频器中的CU320控制单元来同时控制四个张力辊的逆变装置，这样就解决了每个张力辊之间数据交换的问题，在一个控制单元控制下，通讯周期缩短到2ms，大大提高了系统的灵敏度。

2、从机的速度附加给定需要对主机和从机的力矩进行处理，然后才能送给从机的附加速度给定环，否则会造成力矩震荡等问题出现。具体说来，首先从机接受来自主机的力矩，T_主—T_从如果大于某一个值（例如5%，此值可以根据实际情况调整）时，则将给从机一个正的附加给定，因为力矩变化的幅度大于速度变化的幅度，此时从机的速度给定会稍微大于从机的实际速度，从而会调整从机力矩给定以达到和主机出力一致；如果主机力矩小于从机，则给从机一个负的附加给定，从而减小从机出力。

3、从机的负荷平衡在什么时候投入的问题，如果从开始就投入负荷平衡，会造成系统无法启动的问题，这就需要对从机的负荷平衡投入时间和幅度做出适当的限制，对于主机和从机力矩差的处理问题，可以依次进行比例积分调节和微调，通过调试将主机和从机力矩差调整到合适的值；对于投入时间的判断则引入电机的实际速度来进行判定，在建立静态张力时（n_act=0，即张力辊处于停止阶段），切除负荷平衡，即以免饱和导致系统启动不了，把速度附加给定的部分停掉，当系统加速时（n_act>0，即张力辊处于运行阶段）再投入。

本实用新型的保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，具有以下有益效果：由于用交流电机取代了旧的直流电机，使得电气设备的维护成本下降。张力辊的驱动采用西门子S120变频器，一个控制单元CU320控制4台驱动装置，使得驱动装置之间的数据交换更加方便，交换速度更快，从而能够快速地调整从机的转矩；从机采用速度控制与速度附加给定的方式，使得张力辊之间在保证出力相匹配的情况下允许出现一定的速度差，从而克服了在机械磨损严重的情况下张力辊之间带钢打滑的问题，消除了镀锡板表面有划伤的问题，提高了产品的质量，也不会出现当带钢断带时从机飞车的现象，提高了安全性能。

总而言之，主机电机和从机电机之间的跟随性好、稳定性高、故障率低，增加了产品的产量。

附图说明

图1为本实用新型保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置的结构示意图；

图2为本实用新型保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置对于主机和从机速度差的处理流程图；

图3为本实用新型中控制单元CU320的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制。

参见图1，本实用新型保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，包括主机1、由第一从机7、第二从机8和第三从机9组成的从机、主机电机2、由第一从机电机10、第二从机电机11和第三从机电机12组成的从机电机、现场总线3、PLC（图中未示出）、设有控制单元4.1的变频器4、主机编码器5、主机柜安装式编码器模块6、由第一从机编码器13、第二从机编码器15和第三从机编码器17组成的从机编码器以及由第一从机柜安装式编码器模块14、第二从机柜安装式编码器模块16和第三从机柜安装式编码器模块18组成的从机柜安装式编码器模块。

所述张力辊分为主机1和从机，所述主机电机2、第一从机电机10、第二从机电机11和第三从机电机12分别与主机1、第一从机7、第二从机8和第三从机9相连，通过现场总线3与PLC相连的变频器4设有控制单元4.1，在本实施例中，所述主机电机2、第一从机电机10、第二从机电机11和第三从机电机12均为交流电机；所述变频器4为西门子S120变频器，所述控制单元4.1为设于西门子S120变频器内的CU320，西门子S120变频器相对于其他系统而言响应更加迅速，能更好地做到实时调节从机的力矩跟随；所述现场总线3为Profibus现场总线，在最优实施例中，所述Profibus现场总线为Profibus-DP现场总线。

所述主机1、第一从机7、第二从机8和第三从机9内分别内置有主电机模块1.1、第一从电机模块7.1、第二从电机模块8.1和第三从电机模块9.1。所述主电机模块1.1、第一从电机模块7.1、第二从电机模块8.1和第三从电机模块9.1分别设有主机电机可控硅1.1.2、第一从机电机可控硅7.1.3、第二从机电机可控硅8.1.2和第三从机电机可控硅9.1.2，在本实施例中，所述主机电机可控硅1.1.2、第一从机电机可控硅7.1.3、第二从机电机可控硅8.1.2和第三从机电机可控硅9.1.2均为绝缘栅双极晶体管。所述主机电机可控硅1.1.2、第一从机电机可控硅7.1.3、第二从机电机可控硅8.1.2和第三从机电机可控硅9.1.2的信号输出端分别与主机电机2、第一从机电机10、第二从机电机11和第三从机电机12的信号输入端相连。

所述主机电机2的信号输出端通过主机编码器5与主机柜安装式编码器模块6的信号输入端相连，所述第一从机电机10的信号输出端通过第一从机编码器13与第一从机柜安装式编码器模块14的信号输入端相连，所述第二从机电机11的信号输出端通过第二从机编码器15与第二从机柜安装式编码器模块16的信号输入端相连，所述第三从机电机12的信号输出端通过第三从机编码器17与第三从机柜安装式编码器模块18的信号输入端相连。

所述主机柜安装式编码器模块6、第一从机柜安装式编码器模块14、第二从机柜安装式编码器模块16和第三从机柜安装式编码器模块18的信号输出端分别与主电机模块1.1、第一从电机模块7.1、第二从电机模块8.1和第三从电机模块9.1的信号输入端相连。所述主电机模块1.1的第三信号输入输出端1.1.1与控制单元4.1的第二信号输入输出端4.1.2相连，所述控制单元4.1的第一信号输入输出端4.1.1与第一从电机模块7.1的第四信号输入输出端7.1.1相连，所述第一从电机模块7.1的第五信号输入输出端7.1.2与第二从电机模块8.1的第六信号输入输出端8.1.1相连，所述第二从电机模块8.1的第七信号输入输出端8.1.2与第三从电机模块9.1的第八信号输入输出端9.1.1相连。

参见图2，对于张力辊之间的负荷平衡，通过对每个从机的速度环进行动态补偿来实现，实现这个功能需要用到西门子S120变频器内的DCC（drive control chart，图形编程控制器）功能块，用DCC功能块内的PI调节器（proportional-integral controller，比例积分调节器）和工艺调节器对主机1与从机间力矩差的问题进行处理，具体过程如下：所述PLC根据生产线的情况对张力辊的运行作出安排，并通过现场总线3将主机1、第一从机7、第二从机8和第三从机9所要达到的速度值输送至控制单元4.1，所述控制单元4.1根据接受的信息换算成主机1、第一从机7、第二从机8和第三从机9各自的速度环，进而换算成所需的力矩和电流大小，并通过主机电机可控硅1.1.2、第一从机电机可控硅7.1.3、第二从机电机可控硅8.1.2和第三从机电机可控硅9.1.2分别赋予主机1、第一从机7、第二从机8和第三从机9合适的电流值以达到合适的转速，所述主机编码器5将探测到的主机电机2的速度实际值传送给控制单元4.1内DCC功能块的工艺调节器，与此同时，控制单元4.1将探测到的主机1分别与第一从机7、第二从机8和第三从机9之间力矩出力的差值送入DCC功能块的PI调节器进行比例积分调节，并将调节后的三个出力参数送入工艺调节器分别与前述主机电机2的速度实际值进行优化微调，将优化后的速度终值依次计算成第一从机7、第二从机8和第三从机9各自所需的速度值、力矩值和电流值，并通过主机电机可控硅1.1.2、第一从机电机可控硅7.1.3、第二从机电机可控硅8.1.2和第三从机电机可控硅9.1.2分别控制主机电机2、第一从机电机10、第二从机电机11和第三从机电机12的电流值，进而控制主机电机2、第一从机电机10、第二从机电机11和第三从机电机12及其对应的张力辊的转速，以达到负荷平衡。

参见图3，西门子S120变频器内控制单元CU320的DCC功能块同时从三个方面进行调节：一、将收集到的主机1和从机各自的标幺值送入减法器相减，再将相减后的差值送入死区控制器，若差值小于某一个规定值，系统忽略该值不调整，若差值大于该规定值，则将该给定值送入PI调节器进行比例积分调节，接着送入工艺调节器（又名乘法器）微调，最后将调解后的终值作为从机的附加速度给定赋予从机；二、探测从机的速度实际值，首先监控功能块探测从机的运行状况，如果n_act=0即张力辊处于停止阶段，则输出为0，接着赋予PI调节器使能，在PI调节器内进行比例积分调节，最后通过工艺调节器微调赋予从机以附加速度给定；如果n_act>0即张力辊处于运行阶段，则输出为1，控制单元CU320直接将其赋予工艺调节器微调，并将终值作为从机的附加速度给定；三、对于附加速度微调采用人工干预的形式，直接送入工艺调节器微调，并最终作为从机的附加速度给定。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，包括主机（1）、从机以及分别与主机（1）和从机相连的主机电机（2）和从机电机，其特征在于：还包括通过现场总线（3）与PLC相连、设有控制单元（4.1）的变频器（4），所述主机（1）和从机内分别设有主电机模块（1.1）和从电机模块，所述主机电机（2）和从机电机的信号输入端分别与主电机模块（1.1）和从电机模块的信号输出端相连，所述主机电机（2）的信号输出端通过主机编码器（5）与主机柜安装式编码器模块（6）的信号输入端相连，所述从机电机的信号输出端通过从机编码器与从机柜安装式编码器模块的信号输入端相连，所述主机柜安装式编码器模块（6）和从机柜安装式编码器模块的信号输出端分别与主电机模块（1.1）和从电机模块的信号输入端相连，所述主电机模块（1.1）的第三信号输入输出端（1.1.1）与控制单元（4.1）的第二信号输入输出端（4.1.2）相连，所述控制单元（4.1）的第一信号输入输出端（4.1.1）与从电机模块的信号输入输出端相连。

2.根据权利要求1所述的保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，其特征在于：所述从机包括第一从机（7）、第二从机（8）和第三从机（9），所述从机电机包括分别与第一从机（7）、第二从机（8）和第三从机（9）相连的第一从机电机（10）、第二从机电机（11）和第三从机电机（12），所述从电机模块包括分别内置于第一从机（7）、第二从机（8）和第三从机（9）内的第一从电机模块（7.1）、第二从电机模块（8.1）和第三从电机模块（9.1），所述从机编码器包括第一从机编码器（13）、第二从机编码器（15）和第三从机编码器（17），所述从机柜安装式编码器模块包括第一从机柜安装式编码器模块（14）、第二从机柜安装式编码器模块（16）和第三从机柜安装式编码器模块（18），所述第一从机电机（10）、第二从机电机（11）和第三从机电机（12）的信号输入端分别与第一从电机模块（7.1）、第二从电机模块（8.1）和第三从电机模块（9.1）的信号输出端相连，所述第一从机电机（10）的信号输出端通过第一从机编码器（13）与第一从机柜安装式编码器模块（14）的信号输入端相连，所述第二从机电机（11）的信号输出端通过第二从机编码器（15）与第二从机柜安装式编码器模块（16）的信号输入端相连，所述第三从机电机（12）的信号输出端通过第三从机编码器（17）与第三从机柜安装式编码器模块（18）的信号输入端相连，所述第一从机柜安装式编码器模块（14）、第二从机柜安装式编码器模块（16）和第三从机柜安装式编码器模块（18）的信号输出端分别与第一从电机模块（7.1）、第二从电机模块（8.1）和第三从电机模块（9.1）的信号输入端相连，所述控制单元（4.1）的第一信号输入输出端（4.1.1）与第一从电机模块（7.1）的第四信号输入输出端（7.1.1）相连，所述第一从电机模块（7.1）的第五信号输入输出端（7.1.2）与第二从电机模块（8.1）的第六信号输入输出端（8.1.1）相连，所述第二从电机模块（8.1）的第七信号输入输出端（8.1.2）与第三从电机模块（9.1）的第八信号输入输出端（9.1.1）相连。

3.根据权利要求2所述的保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，其特征在于：所述主电机模块（1.1）、第一从电机模块（7.1）、第二从电机模块（8.1）和第三从电机模块（9.1）分别设有主机电机可控硅（1.1.2）、第一从机电机可控硅（7.1.3）、第二从机电机可控硅（8.1.2）和第三从机电机可控硅（9.1.2），所述主机电机可控硅（1.1.2）、第一从机电机可控硅（7.1.3）、第二从机电机可控硅（8.1.2）和第三从机电机可控硅（9.1.2）的信号输出端分别与主机电机（2）、第一从机电机（10）、第二从机电机（11）和第三从机电机（12）的信号输入端相连。

4.根据权利要求3所述的保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，其特征在于：所述主机电机可控硅（1.1.2）、第一从机电机可控硅（7.1.3）、第二从机电机可控硅（8.1.2）和第三从机电机可控硅（9.1.2）均为绝缘栅双极晶体管。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，其特征在于：所述主机电机（2）和从机电机均为交流电机。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，其特征在于：所述变频器（4）为西门子S120变频器，所述控制单元（4.1）为设于西门子S120变频器内的CU320。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，其特征在于：所述现场总线（3）为Profibus现场总线。

8.根据权利要求7所述的保证冷轧镀锡线张力辊负荷平衡的控制装置，其特征在于：所述Profibus现场总线为Profibus-DP现场总线。