对冷轧酸洗线带钢卷取张力控制的一种电气传动改造方法|酸洗生产线

　　[摘 要]酸洗在冷轧工艺中主要是清除带钢表面氧化铁,为轧机提供合格坯料。推拉式酸洗线卷取张力根据工艺需求,对于规格各异的钢卷要求可以调整张力的大小,在每卷卷取中又要保持张力的恒定。
　　本文通过对重钢冷轧厂酸洗线工艺及控制程序和电气传动的分析,提出一种通过修改传动装置参数,配合PLC程序和HMI画面,实现由上位机经过通讯远程调整张力辊电机电流的办法,来控制张力辊电机电磁转矩变化,达到控制卷取张力的目的。
　　该张力控制方案经现场调试、生产实施后很大程度提高了酸洗线张力控制的自动化水平,并对酸洗线二期的自动化方案设计具有借鉴意义。
　　[关键词]酸洗线 带钢卷取 张力控制 电气传动 PLC(逻辑可编程控制器)
　　[中图分类号]TP[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0043-03
　　
　　1引言
　　重钢冷轧厂推拉式酸洗线是2003年从美国EBF工厂引进的。该生产线既没有安装卷取张力检测装置,也没有在程序设计中考虑引入张力调节手段,所以其张力大小是通过在张力辊直流传动装置里设置固定值来实现,一旦手动设定好就不能通过PLC远程调整。张力不能自动调整使规格不同的钢卷都用同样的力卷取,造成收卷有时很紧难以开卷,有时很松需要重卷;张力不恒定,使得带钢收卷松紧不一,影响可逆轧制时两边卷取电机张力的平衡和速度的匹配,也使得带钢容易跑偏,造成传动装置堵转跳闸,影响生产的顺利进行。
　　2 酸洗线卷取段的工艺流程
　　重钢冷轧酸洗线在张力机至卷取机段,张力机系统共有4个压辊(如图1),只有1#张力机下压辊由电机驱动,其余都是从动辊。带钢在进入1#张力机前,先将2#张力辊抬高,带钢从1#张力机下压辊的上表面经过2#张力辊的下表面再经3#张力辊上表面出来,等带钢经过3#张力辊到被卷取机夹紧后,再将2#张力辊降下,并用液压缸将2#张力辊锁住,以防带钢在输送中将其顶起。1#张力机在穿带时正向旋转(向卷取机方向)为带钢提供向前的动力,穿带结束后带钢处于全线输送状态时,1#张力机以反向旋转的趋势来阻止带钢向前运行(实际被带钢拖着正向旋转),从而为卷取电机拖动带钢收紧提供反向张力。
　　3 影响卷取张力控制的因素分析
　　张力辊和卷取机电机都采用Allen-Bradley公司的AB 1395直流传动装置驱动,该装置和Allen-Bradley公司的PLC5/60L处理器经过AB1203通讯模块进行通讯,使用装置的B口调节板通讯线。在原来的设计中,张力大小不能远程自动调节的原因有两个:一是在PLC程序编写中,全线输送时1#张力辊采用的上位机给定是一个反向速度给定值,而实际张力辊系统是被卷取机和带钢拖着正向运行,1#张力辊传动装置在装置面板上手动设置为带编码器反馈的速度闭环工作模式,这就意味着装置的实际反馈速度始终达不到装置的给定速度,则装置输出电流从全线送钢一开始就达到反向电流限幅值,这个电流值就转换为张力辊电机的张力。二是1#张力辊电机传动装置的正负方向电流限幅值、工作模式等关键参数是在装置面板上手动就地设定,没有经过通讯由操作人员在PLC和HMI画面上设定后传给装置,只有速度给定P154和逻辑控制字P150是由PLC经过P301和P300传到装置里去的。
　　通过分析AB 1395手册发现存在4个“速度指针”P163到P166,它们与P303到P306一一对应,其值可以修改,指向任意参数号,因此可以作为PLC经过B口调节板通讯来改变电流限幅值参数和工作模式参数的中间桥梁。(如图2)
　　4 改造方案的实施
　　方案总体思路:1#张力辊传动装置由带编码器反馈的“速度闭环控制”模式改为“外部转矩给定控制”与“速度闭环控制”相结合,分不同时间窗口进行切换的复合控制。(如图3)。
　　将每个钢卷的酸洗过程分为三个阶段:
　　(1)穿带阶段。张力辊采用“速度闭环控制”模式,其速度给定值由PLC设定。
　　(2)起机、全线输送和甩尾阶段。张力辊切换到“外部转矩给定控制”模式,其转矩给定值由PLC设定,下传至传动装置,驱动电机运行。
　　(3)停机、全线停车和单动卷取机收尾阶段。张力辊切换回“速度闭环控制”模式,其速度给定值由PLC来设定。
　　作为PLC的动作机构,张力辊电机传动装置的职能是通过现场总线和通讯模块,接收来自PLC的逻辑控制命令和速度、转矩给定,电流限幅和工作模式选择,并将装置自身的逻辑状态和实际状况反馈给PLC。这个过程的参数设定和参数含义分三部分:(如表1)
　　速度环参数。装置手动设定,PLC不能更改(如表1)。
　　电流环参数。装置手动设定, PLC不能更改(如表2)。
　　通讯连接,功能配置和PLC给定参数。功能配置和内部参数之间的连接在装置里手动设定, PLC不能更改。由通讯传送PLC设定值给装置的环节由PLC直接控制和修改,装置反馈给PLC的实际信息只能看不能改(如表3)。
　　值得注意的是参数P625,它是传动工作模式切换的关键,根据定义有6种模式供选择:
　　0==在所有条件下都是零转矩给定。
　　1==采用速度环计算的结果作为转矩环的输入。
　　2==采用外部转矩给定作为转矩环的输入
　　3==1和2之间取最小值。
　　4==1和2之间取最大值。
　　5==1和2两者之和为值。
　　全线输送时要控制张力辊转矩可以将PLC计算的转矩值作为外部转矩输入,并选择“模式2”,使1#张力辊传动装置一直处于转矩控制模式。但如果生产中出现断带,处在转矩给定模式下的电机在轻载时仍保持较大的转矩输出,将出现“飞车”事故,故不能选择“模式2”。
　　“模式3”由于张力辊是被卷取机拖着正转,反向速度给定进入速度环会使装置达到最大反向电流限幅,此时张力辊接收的外部转矩给定为正,肯定比反向电流限幅值大,比较的结果张力辊输出还是达到反向电流限幅值,外部转矩给定实际没起作用。此模式也不能用。
　　“模式4”由于张力辊的速度反馈正值始终大于速度给定负值,外部转矩输入必大于速度调节器输出,系统可由转矩控制。当断带发生,带钢张力瞬间消失,反向速度给定下电机也反向旋转,系统进入速度环控制,可以避免断带时“飞车”发生。所以在全线运行时选择“模式4”。
　　5 结语
　　通过改造方案的实施,做到了无论在单卷带钢卷取还是针对不同规格带钢卷取时,在1阶段和3阶段张力辊接收PLC速度给定正值,正向旋转送钢;在2阶段操作人员在组态画面上变换工作模式由1到4,同时设定转矩给定值和电流正负限幅值,实现张力随时可调、始终稳定和电机处于电流限幅保护之下。
　　张力历史趋势如图4。黄线代表张力辊传动装置工作模式,1000表示“模式1”,4000表示“模式4”,绿线为张力给定值,红线为张力实际值。(如图4)
　　从图4上看出,方案较好地解决了张力控制恒定和可调的问题,降低了酸洗线生产成本,提高了酸洗线产量、质量以及系统的稳定性和可靠性。
　　
　　[参考文献]
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　　[6] 杨兴瑶.电动机的调速原理及系统[M].北京:水利电力出版社,1979.
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