CN206104551U - 一种无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统，包括限动齿条、支撑滑轮以及传动齿轮，限位齿条中部横向间隔均布安装有多个支撑滑轮，支撑滑轮限位滑动安装在轧制线上，限动齿条的上、下两侧均为连续的齿形结构，限动齿条的上、下两侧分别间隔设置有两个传动齿轮，每个传动齿轮均安装有一台电机进行驱动，该四台电机驱动限位齿轮从而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，该四台电机并联驱动。本实用新型通过该主从控制方式，保证了四台电机的转矩平衡分配，运行稳定，故障率低，最快生产周期达到了30s，日产量最高超过了2000吨。

Description

一种无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统

技术领域

本实用新型属于电气及自动化技术领域，尤其是一种无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统。

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。限动芯棒连轧管机的应用，降低了设备成本，克服了芯棒长度和重量的限制，改善了钢管质量，并使生产出的钢管直径和长度都显著地增加。

限动芯棒就是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、高速回退和合适的限动速度。采用高速穿棒和回退是为了缩短轧制周期，提高节奏，减小温降。使用直流电机和单台传动电机的控制方法，因转动惯量等限制而无法达到所要求的加减速时间，而无法有效保证轧制效果。鉴于限动系统工艺的特殊性，本方案采用4台交流异步电机并联驱动的主从控制方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统，缩短限动系统加减速时间，安全可靠，提升效率。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统，包括限动齿条、支撑滑轮以及传动齿轮，限位齿条中部横向间隔均布安装有多个支撑滑轮，支撑滑轮限位滑动安装在轧制线上，其特征在于：限动齿条的上、下两侧均为连续的齿形结构，限动齿条的上、下两侧分别间隔设置有两个传动齿轮，每个传动齿轮均安装有一台电机进行驱动，该四台电机驱动限位齿轮从而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，该四台电机并联驱动。

而且，所述电机的控制系统均采用两台S120逆变装置并联驱动，每台逆变装置900KW，并联后额定电流1730A，最大电流2500A。

而且，所述电机为交流异步电机，电机的最高电压为660V，对应的转速是821rpm，在821～1600rpm转速段进入弱磁调速。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型通过该主从控制方式，保证了四台电机的转矩平衡分配，运行稳定，故障率 低，最快生产周期达到了30s，日产量最高超过了2000吨，达到了预期控制效果，提高生产效率。

附图说明

图1：芯棒限动齿条的结构简图；

图2：限动芯棒运行曲线示意图，其中横坐标为时间，纵坐标为速度；

图3：芯棒限动电控系统单线图；

图4：限动电机转矩实际值对比曲线，从上到下依次为1号至4号电机；

图5：限动电机运行速度和转矩实际值曲线，三条曲线从上到下依次为来自PLC的速度给定值，速度实际值和转矩实际值。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统，参见图1所示结构进行说明，限动小车的控制系统包括限动齿条2、支撑滑轮3以及传动齿轮1，限动齿条长度达25.6m、重40t，限位齿条中部横向间隔均布安装有多个支撑滑轮，支撑滑轮限位滑动安装在轧制线上；齿条的前端4设有芯棒，齿条的尾端安装夹持卡爪，可快速夹紧、松开芯棒；

限动齿条的上、下两侧均为连续的齿形结构，限动齿条的上、下两侧分别间隔设置有两个传动齿轮，每个传动齿轮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。

该四台电机的驱动均采用西门子SINAMICS S120系列变频装置，以实现高精度的矢量控制，为了满足电机基速以下过载1.55倍的要求，每台电机的控制系统采用两台S120逆变装置并联驱动，每台逆变装置900KW，并联后额定电流约1730A，最大电流约2500A。

每台电机均连接有一逆变装置，每台逆变装置串联一整流/回馈装置，整流/回馈装置均通过整流变压器连接主电路。

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3m/s²；为了达到此要求，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。

由于限动系统工艺的特殊性，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较高的速度，所以电机采用特殊定制电机。定制电机的参数如表1所示。

表1限动电机参数表

由电机参数可知，电机转速在450rpm以下时，电机电压在370V以下，电流为1351A；电机的最高电压为660V，对应的转速是821rpm，在821～1600rpm转速段进入弱磁调速。

限动芯棒齿条传动电机为四套相互独立的传动系统，由于四个传动齿轮在齿条侧的刚性啮合，电机的速度必须相同，如果四台电机都作为独立的速度控制，在运行过程中每台电机的转矩难以保证均衡一致。

本系统采用一个速度环，三个转矩环的主从控制结构，既要保证整个系统的速度同步，又要保证电机的力矩均衡。

系统的控制方法：

参见附图2至附图5所示，其显示了本控制系统的运行数据。

控制系统包括有两个控制单元，每个控制单元控制两台电机，两个控制单元分别设定为主控制单元(Cu_Master)和从控制单元(Cu_Slave)，其中，主控制单元控制1号和2号电机两台电机，从控制单元控制限动3号和限动4号电机两台电机，主控制单元连接PLC，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。

主、从控制单元均采用CU320-2DP模块，选用两块CBE20选件板进行SIMANICS Link通讯，实现两个控制单元之间的高速通讯。该通讯的主要任务，一是完成四台电机的转矩分配，实现主从控制；二是完成两台控制单元以及四台电机的故障连锁。

传动控制：

由于四台电机轴输出端的刚性连接，传动系统进行一主三从的同步控制，以实现转矩的平均分配。选择1号电机控制系统作为主，工作在速度环；其他3台电机控制系统接收来自主电机的转矩给定值，工作在转矩环；转矩的给定值选择总转矩设定r79。

快停控制：

由于限动装置带动齿条往复运行，在异常状态下若不能及时停止，极有可能引起撞击，损坏设备。为此，需要对电机的快停，急停等进行特殊处理。在快停时，为保证四套系统的转矩平衡，只有主电机接收快停信号，三台从电机不接收来自PLC的快停信号，以使四套装置在快停过程中仍保持主从控制；在系统停车后，再将从装置的合闸信号撤销。

急停功能在该系统中被禁止。

通过该控制方式，保证了四台电机的转矩平衡分配，达到了主从控制的效果。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统，包括限动齿条、支撑滑轮以及传动齿轮，限位齿条中部横向间隔均布安装有多个支撑滑轮，支撑滑轮限位滑动安装在轧制线上，其特征在于：限动齿条的上、下两侧均为连续的齿形结构，限动齿条的上、下两侧分别间隔设置有两个传动齿轮，每个传动齿轮均驱动安装有一台电机进行驱动，四台电机驱动限位齿轮从而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，该四台电机并联驱动。

2.根据权利要求1所述的无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统，其特征在于：所述电机的控制系统均采用两台S120逆变装置并联驱动，每台逆变装置900KW，并联后额定电流1730A，最大电流2500A。

3.根据权利要求1所述的无缝钢管连轧机组芯棒限动小车的控制系统，其特征在于：所述电机为交流异步电机，电机的最高电压为660V，对应的转速是821rpm，在821～1600rpm转速段进入弱磁调速。