张力控制系统分析.doc

1 引言
20世纪60年代,特别是80年代以来,随着电力电子技术、现代控制理论、计算机技术和微电子技术的发展,逐步形成了集多种高新技术于一身的现代电气传动技术。高精度、高可靠性的变频调速系统,凸显了交流异步电动机结构简单、价格便宜、工作可靠和维护方便等优点,为冶金处理线的张力控制技术的发展提供了强有力的保证。
2 带钢张力的作用
采用张力控制防止带钢堆拉现象发生,同时,张力在生产过程中也发挥着十分重要的作用,主要表现在以下几个方面[1]:
防止带钢跑偏
在实际生产过程中,由于各种因素的影响,带钢在运行过程中容易发生跑偏,而且会随着运行而越来越严重。为了防止跑偏,可以采用纠偏辊或八字辊,但这两种方法都有一定的时滞,有一定的局限性。而适当调节张力值,维持张力稳定,带钢可以在一定的张力作用下平稳的运行,张力反映迅速,无时滞,所以是防止带钢跑偏的有效方法。
有利于控制带钢的板形
板形是衡量带钢质量的重要指标,板形良好指的就是带钢的平制度好,如边部起浪,中部浪皱等,这主要是由于变形不均匀,使带钢中的残余应力超出了稳定所允许的拉应力。当采用微张力控制时,使带钢沿宽度方向上的拉力不超过所允许的拉应力,由此来保持带钢板形的平直。
有利于控制加热面积的控制
炉区的入口段是预热炉,里面没有炉棍,是一段悬空的带钢。两边喷嘴加热带钢。利用张力可以调节带钢的悬垂度,保证在预热炉内的带钢充分加热。此外,张力在煅烧过程中可以适当调节张力辊电机的负荷。可见张力控制对于正常生产是非常重要的的保证。而通过张力产生的原理分析,我们可以找出控制或影响张力的有关原因。
3 带钢张力控制方案
以冶金处理线的控制为例,介绍具体控制方案。
图 1表示了一条简单处理线的主要传动设备,由开卷机、卷取机、活套和若干张力辊组成。开卷机,卷取机,活套分别建立各段张力,张力辊根据工艺需要分断上下游张力。处理段br2参与tm1(张力计)的直接张力控制,其他张力辊作为各速度区域(活套将全线分成入口、中部、尾部三段)的速度基准[2]。图上红色表示主速度辊。针对不同的控制对象,我们采取不同的传动方案。
图1 带钢处理线
主速度辊控制
主速度辊控制如图2所示。转速设定与编码器负反馈比较后,经过速度环pi调节,作为转矩给定输入电机模型,电机模型再通过矢量控制法对马达进行控制。其中 a为附加转矩,b为转矩限幅。以br1为例,它需要分断开卷张力和活套张力,而且是入口段的速度基准。因为主要任务是保证入口速度按设定运行,它应采取纯速度控制方案。见图1:其中a处附加转矩可以作为预设值放在速度调节器的后面,使得马达启动时按我们计算的转矩运行,速度调节器再此基础上微调,保证速度的精确性。在实际应用中,我们可以将加速度、摩擦力等损失以及上下游张力差经过计算后作为预设值。这样可以大幅度提高生产线启动过程的稳定性。
图2 主速度辊控制
直接张力控制
根据带钢上下游速度差产生张力,直接张力控制系统如3所示。在基本的速度调节方案的基础上,将张力设定值与实际张力比较,经过pi调节产生速度差,附加到速度调节器上。这样,我们就通过控制张力辊与生产线的速度差达到精确控制张力的效果。就拿br2为例,如果tm1检测到的张力小于设定张力,br2减速, 反方向扯紧带