CN101362165A - 一种板带轧制中卷径测量装置及卷取张力控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种板带轧制中卷径测量装置及卷取张力的方法，包括PLC、ET200M远程I/O和激光测距仪，激光测距仪通过双绞线分别与PLC和ET200M远程I/O相连，卷取张力控制方法包括：步骤一：开始，并输入测距仪卷筒中心的距离L₀；步骤二：放置带卷在卷筒上，读出测距仪到带材的距离L；步骤三：根据公式D＝2(L₀－L)计算实际卷径D；步骤四：测试各个转速点的摩擦转矩和系统飞轮矩；步骤五：计算设定张力转矩M_F、动态加减速转矩M_D、弯曲转矩、摩擦转矩M_M、总设定转矩M；步骤六：总设定转矩M_D发送到传动装置。本发明能够精确的测量实际卷径，不受其它因素干扰，具有较高的张力控制精度，已在某1900mm铝带冷轧机上投入使用，其张力控制精度静态小于1％，动态小于2％。

Description

一种板带轧制中卷径测量装置及卷取张力控制方法

技术领域

本发明属于轧制自动控制技术领域，特别涉及一种板带轧制中卷径测量装置及卷取张力控制方法。

背景技术

在带材轧制生产中一般都需要带张力轧制，张力不仅是保证轧制过程顺利进行的必要条件，还是影响成品质量的重要因素。而张力控制中很重要的一个环节就是实际卷径的测量。

传统卷径测量的方式主要有两种，即由带材层数累积计算和通过测速辊速度计算，以卷取为例对这两种方式进行分析：

1.由带材层数累积计算

设定初始卷径D₀，在轧制过程中通过编码器计算出电机转过的圈数N_m，从而得到卷径增加值，累加到初始卷径上得到当前实际卷径D。当前实际卷径的计算公式：

$D=D_0+\∫\frac{2h{N}_m}{i}$

式中：h为带材厚度；i为减速比。这种方法过于依赖带材厚度，在厚度不均时计算出的卷径也将受到很大影响。

2.通过测速辊速度计算

在轧机出口偏导辊上安装编码器，计算出轧机出口线速度V_ex，同时通过电机编码器得到卷筒转速N_c，最终计算出当前卷径D。当前卷径的计算公式：

$D=\frac{V_{\mathrm{ex}}}{\mathrm{\π}{N}_c}=\frac{N_g{D}_g}{N_c}$

式中：N_g为出口偏导辊转速；D_g为出口偏导辊直径。这种方法的缺陷在于出口偏导辊容易打滑，从而导致卷径计算出现偏差。

发明内容

针对现有卷径测量和张力控制方法中存在的不足，本发明提供一种板带轧制中卷径测量装置及卷取张力控制方法，特别涉及一种测距仪测量卷径以及通过卷径来控制卷取张力的方法。

本发明的卷径测量装置包括激光测距仪、PLC和ET200M远程I/O组成，其中激光测距仪1使用Profibuse形式的传感器，通过DP网线分别与PLC的CPU-DP通讯模块和ET200M远程I/O的IM通讯模块相连；激光测距仪2使用4-20mA模拟量方式的传感器，通过带屏蔽的双绞线与ET200M远程I/O的AL接口模块相连；激光测距仪3使用SSI形式的传感器通过带屏蔽的双绞线与ET200M远程I/O的SM接口模块相连。

本发明在使用前先将本装置固定在待测卷径位置，将3个激光测距仪的激光头均对准卷筒中心，设置测距仪参数并控制系统相连，卷取张力控制方法(其控制程序图如图3所示)的步骤包括：

步骤一 开始，并输入测距仪卷筒中心的距离L₀；

步骤二 放置带卷在套筒上，读出测距仪到带材的距离L；

步骤三 根据公式D＝2(L₀-L)计算出实际卷径D；

步骤四 测试出各个转速点的摩擦转矩和系统飞轮矩：在各个转速段(如100rpm一段)测试摩擦转矩，并回归出摩擦转矩与转速关系曲线，从而可以得出每个转速点的摩擦转矩M_M，采用自由停车法求取系统飞轮矩GD₀ ²；

步骤五 计算出设定张力转矩M_F、动态加减速转矩M_D、弯曲转矩、摩擦转矩M_M、总设定转矩M，计算依以下公式进行：

总设定转矩    M＝M_F+M_D+M_M

设定张力转矩 $M_F=T\frac{D}{2i}$

$M_D=\frac{{{\mathrm{GD}}_0}^2+{{\mathrm{GD}}_C}^2}{375}\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}$

动态加减速转矩 $=\frac{{{\mathrm{GD}}_0}^2+\frac{\mathrm{\π}}{8}\mathrm{\α\ρW}(D^4-D_0^4)g}{375}\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}$

               $=\frac{2a}{D}[J+\frac{\mathrm{\π}}{32}\mathrm{\α\ρW}(D^4-D_0^4)]$

式中：

GD_C ²：带材飞轮矩；α为带材卷紧系数；ρ为带材密度；W为带材宽度；g为重力加速度；

为转速加速度；a为线加速度；J为系统的转动惯量，D₀为初始卷径，i为减速比。

步骤六总设定转矩M发送到传动装置，根据公式 $M_S=\frac{M}{i},$ 计算转矩设定值，即通过转矩设定值自动控制卷取张力，其中M_S为转矩设定值，i为减速比。

附图说明

图1为本发明的测距仪到控制系统的连接方式示意图，

图2为本发明的测量卷径的原理图，

图3为本发明的设定转矩计算控制程序框图。

图中1为激光测距仪1；2为激光测距仪2；3为激光测距仪3；L₀为测距仪卷筒中心的距离；L为激光传感器到轴心的距离；D为料卷卷径。

具体实施方式

选择SICK公司DT500激光测距仪，设置其接口形式为4-20mA模拟量，PLC使用西门子S7-400，选用ET200M远程I/O。DT500激光测距仪1使用Profibuse形式的传感器，通过插头与S7-400 PLC的CPU通讯模块和ET200M远程I/O的IM通讯模块相连；DT500激光测距仪2使用4-20mA电流模拟量方式的传感器，通过插头与ET200M远程I/O的AL接口模块相连；DT500激光测距仪3使用SSI形式的传感器，通过插头分别与ET200M远程I/O的SM接口模块相连(如图1所示)。

例：某铝带轧机卷取机，减速比i为1.8846，传动系统飞轮矩GD_C ²为1742kgm²，带材卷紧系数α为0.93；带材密度ρ为2700kg/m³。

利用如图1所示的卷径测量装置，将3个激光测量仪均对准卷筒中心，根据张力控制步骤，测量出激光测距仪到卷筒中心的距离L₀为1.435m；然后读出放置带卷之后激光测距仪L为0.876m；根据公式D＝2(L₀-L)，可以计算出当前带卷卷径D为2×(1.435-0.876)＝1.118m。

当前卷取线速度a为630m/min，卷取电机转速为338rpm，根据测试回归曲线可知当前摩擦转矩M_M为496.03Nm；当前带卷内径为665mm，带材宽度W为1600mm，带材厚度为1.0mm，设定的单位张力为1.6kg/mm²，当前线加速度a为0.67m/s²，然后由步骤五，可以计算出各个转矩分量为：

$M_F=T\frac{D}{2i}=1.6\×1600\×1.0\×9.81\×1.118/2/1.8846=7749.06N\·m$

$M_D=\frac{2a}{D}[J+\frac{\mathrm{\π}}{32}\mathrm{\α\ρW}(D^4-D_0^4)]$

    $=\frac{2\×0.67}{1.118}[1742+\frac{\mathrm{\π}}{32}\×0.93\×2700\×1.6\×({1.118}^4-{0.665}^4)]$

    $=2734.03N\·m$

则总的设定转矩为：M＝M_F+M_D+M_M＝10979.1N·m

送给传动装置的转矩设定值为： $M_S=\frac{M}{i}=10979.1/1.8846=5825.7N\·m,$

即通过转矩设定值自动控制卷取张力通。

Claims (3)

1.一种板带轧制中卷径测量装置，包括PLC、ET200M远程I/O和激光测距仪，其特征在于激光测距仪1通过DP网线与PLC的CPU通讯模块和ET200M远程I/O的IM通讯模块相连；激光测距仪2通过带屏蔽的双绞线与ET200M远程I/O的AL接口模块相连；激光测距仪3通过带屏蔽的双绞线分别与ET200M远程I/O的SM接口模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种板带轧制中卷径测量装置，其特征在于激光测距仪1使用采用Profibuse通讯方式的传感器，激光测距仪2使用采用4-20mA模拟量方式的传感器，激光测距仪3使用采用SSI方式的传感器。

3.采用权利要求1所述的一种板带轧制中卷径测量装置测量卷径并控制卷取张力的方法，其特征在于3个激光测距仪的激光头均对准卷筒中心，与控制器相连，且卷取张力控制的步骤包括：

步骤一、开始，并输入测距仪卷筒中心的距离L₀；

步骤二、放置带卷在卷筒上，读出测距仪到带材的距离L；

步骤三、根据公式D＝2(L₀-L)计算实际卷径D；

步骤四、测试出各个转速点的摩擦转矩和系统飞轮矩；在各个转速段测试摩擦转矩，并回归出摩擦转矩与转速关系曲线，得出每个转速点的摩擦转矩M_M，采用自由停车法求取系统飞轮矩GD₀ ²；

步骤五、计算出设定张力转矩M_F、动态加减速转矩M_D、弯曲转矩、摩擦转矩M_M、总设定转矩M，计算依以下公式进行：

总设定转矩            M＝M_F+M_D+M_M

设定张力转矩          $M_F=T\frac{D}{2i}$

$M_D=\frac{{{\mathrm{GD}}_0}^2+{{\mathrm{GD}}_C}^2}{375}\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}$

动态加减速转矩       $=\frac{{{\mathrm{GD}}_0}^2+\frac{\mathrm{\π}}{8}\mathrm{\α\ρW}(D^4-D_0^4)g}{375}\frac{\mathrm{dn}}{\mathrm{dt}}$

                     $=\frac{2a}{D}[J+\frac{\mathrm{\π}}{32}\mathrm{\α\ρW}(D^4-D_0^4)]$

式中：

GD_C ²为带材飞轮矩；α为带材卷紧系数；ρ为带材密度；W为带材宽度g为重力加速度；

为转速加速度；a为线加速度；J为系统的转动惯量，D₀为初始卷径，i代表减速比；

步骤六、总设定转矩M_D发送到传动装置，根据公式 $M_S=\frac{M}{i},$ 计算转矩设定值，即通过转矩设定值自动控制卷取张力，其中M_S代表转矩设定值，i代表减速比。

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