专利名称：冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气控制领域，具体涉及一种冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法及系统。
背景技术：
转盘式卷取机又称为卡罗塞尔卷取机，是冷连轧生产线中最核心的设备之一，其卷取质量直接影响钢卷成品质量。在一般的带钢处理线，通常采用双通道双卷取机布置，占地面积大，穿带故障率高，适合较低速度的生产线。对速度快，带钢薄的生产线，通常采用转盘式双卷取机系统，具有占地面积小，穿带故障率低，控制精度高，生产速度快等特点，在高速冷连轧生产线，得到广泛应用。但冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制的技术存在一定难点，在高速生产时卷径计算难以精确控制，造成带钢张力控制不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种高精度高可靠性的转盘式高速卷取机的控制方法及系统，通过高精度钢卷卷径计算、卷取机转动惯量测量与计算、带钢张力控制、双卷取机位置切换控制等四种手段结合起来实现冷连轧生产线中转盘式高速卷取机的可靠控制。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法，包括以下步骤:(I)获取成品钢卷的实际卷径Dact ；( 2 )获取卷取机精确的转动惯量Jttrtal ;(3)控制带钢张力:卷取机工作在转矩控制模式，卷取机张力控制为间接张力控制，根据步骤(I)获取的实际卷径Dac;t和步骤(2)获取的转动惯量Jttrtal将张力设定值Tsrt换算成转矩设定值Tq srt，再控制电机的输出转矩实现张力控制；转矩设定值Tq 包含三部分:张力设定值Tsrt对应的转矩值Tqt、加速或减速转矩Tq1、摩擦转矩TQF:①张力设定值Tsrt对应的转矩值Tqt计算式如下:
权利要求
1.冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法，其特征在于，包括以下步骤: (O获取成品钢卷的实际卷径Dart ； (2)获取卷取机精确的转动惯量Jtrtal； (3)控制带钢张力:卷取机工作在转矩控制模式，卷取机张力控制为间接张力控制，根据步骤(I)获取的实际卷径Dac;t和步骤(2)获取的转动惯量Jttrtal将张力设定值Tsrt换算成转矩设定值Tq srt，再控制电机的输出转矩实现张力控制； 转矩设定值Te srt包含三部分:张力设定值Tsrt对应的转矩值Tqt、加速或减速转矩TQ1、摩擦转矩Tqf: ①张力设定值Tsrt对应的转矩值Tqt计算式如下:
2.如权利要求1所述的冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法，其特征在于，所述步骤(I)获取成品钢卷的实际卷径通过计算和修正两个步骤实现: ①计算:卷径计算之前，由PLC预设定初始卷径及带钢厚度，卷径计算开始后，卷筒每转一圈，则卷径在初始卷径基础上按照带钢平均厚度的两倍递增，这种方式计算出的卷径定义为计算卷径Dmt; ②修正:通过步骤①计算得到的计算卷径Dmt修正步骤如下: a)通过传感器直接测量钢卷卷径； b)通过带钢线速度'及卷取机转速的比例关系进行计算，卷取机转速通过电机编码器得到，带钢线速度\通过转向辊的转速进行折算或者通过激光测速仪直接读取； c)计算每个测量周期的测量卷径偏差值及其方差，当方差在设定范围内时，认为测量卷径有效，对实际卷径进行修正，使最终的实际卷径逼近测量卷径。
3.如权利要求1所述的冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法，其特征在于，所述步骤(2)获取卷取机精确的转动惯量Jttrtal通过测量和计算两个步骤实现: ①测量:通过测量手段得到机械设备的固定转动惯量Jfixed； ②计算:通过计算方法得到钢卷的可变转动惯量Jrail； 卷取机精确的转动惯量Jtotal=Jfixed+Jrail。
4.如权利要求1所述的冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中总加速度a包含两部分:一部分为机组速度斜坡产生的加速度\ ;另一部分为卷取过程中，当机组线速度不变时，卷取机转速逐渐下降产生的减速度arail，通过下式计算得到:
5.如权利要求1所述的冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中还通过加入张力PI调节器对带钢的转矩限幅值进行微调，实际张力Tart通过下式进行计算:
6.如权利要求1所述的冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法，其特征在于，所述步骤(4)切换控制双卷取机位置通过下述方法实现: 当穿带位的卷取机钢卷的实际卷径Dac;t达到切换卷径阀值Dsft时，激活转盘位置控制器，解除转盘的机械锁止机构，位置控制器读取转盘电机轴端增量型编码器的脉冲值P，考虑减速比i，转化为转盘的实际角度值Y，通过转盘位置控制器，控制转盘转过180度，使穿带位的卷取机定位到卷取位、卷取位的卷取机到达穿带位，实现卷取机位置切换后，机械锁止机构将转盘进行锁止，转盘定位结束，为下一卷带钢的穿带做准备；如果转盘装有绝对值编码器，则不需进行转换，直接读取实际角度值Y。
7.—种冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制系统，其特征在于，包括: 实际卷径获取模块，用于获取成品钢卷的实际卷径Dart ； 转动惯量获取模块，用于获取卷取机精确的转动惯量Jttrtal ; 带钢张力控制模块，用于根据实际卷径Dac;t和转动惯量Jtotal将张力设定值Tsrt换算成转矩设定值Tq srt，再控制电机的输出转矩实现张力控制； 转矩设定值Te srt包含三部分:张力设定值Tsrt对应的转矩值Tqt、加速或减速转矩TQ1、摩擦转矩Tqf: ①张力设定值Tsrt对应的转矩值Tqt计算式如下:
8.如权利要求7所述的冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制系统，其特征在于，所述实际卷径获取模块具体包括: 卷径计算模块:用于计算得出计算卷径Dmt，卷径计算之前，由PLC预设定初始卷径及带钢厚度，卷径计算开始后，卷筒每转一圈，卷径在初始卷径基础上按照带钢平均厚度的两倍递增，算出的卷径定义为计算卷径Dmt ； 卷径修正模块:用于修正通 过步骤①计算得到的计算卷径Dmt，修正步骤如下: a)通过传感器直接测量钢卷卷径； b)通过带钢线速度'及卷取机转速的比例关系进行计算，卷取机转速通过电机编码器得到，带钢线速度\通过转向辊的转速进行折算或者通过激光测速仪直接读取； c)计算每个测量周期的测量卷径偏差值及其方差，当方差在设定范围内时，认为测量卷径有效，对实际卷径进行修正，使最终的实际卷径逼近测量卷径。
9.如权利要求7所述的冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制系统，其特征在于，所述转动惯量获取模块具体包括: 测量模块，用于测量得到机械设备的固定转动惯量Jfixed ; 计算模块，用于计算得到钢卷的可变转动惯量Jrail ; 卷取机精确的转动惯量Jtotal=Jfixed+Jrail。
10.如权利要求7所述的冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制系统，其特征在于，所述双卷取机位置切换控制模块具体包括: 锁止模块，用于锁定或解除锁定卷取机的转盘:当穿带位的卷取机钢卷的实际卷径Dac;t达到切换卷径阀值Dsft时，解除转盘的锁止；当转盘转过180度实现卷取机位置切换后，锁定转盘; 读取转化模块，用于读取电机轴端增量型编码器的脉冲值，考虑减速比i，转化为转盘的实际角度值Y ; 切换控制模块，用于控制转盘转过180度，穿带位的卷取机定位到卷取位、卷取位的卷取机到达穿带位，实现卷取机位置切换。
全文摘要
本发明提供了一种冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制方法，包括以下步骤(1)通过计算和修正两个步骤获取成品钢卷的实际卷径；(2)通过测量和计算两个步骤获取卷取机精确的转动惯量；(3)根据实际卷径和转动惯量将张力设定值换算成转矩设定值，再控制电机的输出转矩实现张力控制；(4)切换控制双卷取机位置，实现冷连轧生产线转盘式高速卷取机的高精度控制。本发明还提供了一种冷连轧生产线转盘式高速卷取机控制系统，包括实际卷径获取模块，转动惯量获取模块，带钢张力控制模块，双卷取机位置切换控制模块。本发明的有益效果转盘式卷取机在高速生产时精确控制，实际卷径计算准确，带钢张力控制稳定，故障率低，提高了生产率。
文档编号B21C47/02GK103170524SQ20131008610
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月18日 优先权日2013年3月18日
发明者陈启江, 王胜勇 申请人:中冶南方(武汉)自动化有限公司