一种连铸拉矫机系统以及负荷分配方法
【专利摘要】本发明适用于连铸设备【技术领域】，提供一种连铸拉矫机系统以及负荷分配方法，所述方法包括：为所有驱动电机设定一个相同的电机转速设定值；为每台驱动电机设定一个负荷分配系数；确定需要参与负荷分配的拉矫机驱动辊部件；计算参与负荷分配的驱动辊的实际输出拉坯力；计算总拉坯合力；计算参与负荷分配的每台驱动电机的拉坯力设定值；控制器输出转速补偿量；将转速补偿量与电机转速设定值之和作为驱动电机的输入端进行转速控制，驱动辊的实际输出拉坯力作为反馈值实现闭环控制。本发明通过引入负荷分配系数实现了拉矫机组总负荷在各台拉矫机上的自由分配，通过闭环调节实现了拉坯力的自动控制，同时该方法还不会造成拉速变化，不会影响生产工艺。
【专利说明】一种连铸拉矫机系统以及负荷分配方法
【技术领域】
[0001]本发明属于连铸设备【技术领域】，尤其涉及一种连铸拉矫机系统以及负荷分配方法。
【背景技术】
[0002]拉矫机是将铸坯连续拉出并矫直的连铸设备。小方坯连铸机通常采用五辊拉矫机，大方坯连铸机则由3?5对辊子组成，板坯连铸机采用多辊拉矫机。现代连铸机的拉矫机都采用交流变频调速方式。在生产过程中，由于驱动系统的各种误差导致各台驱动电机负荷分配无规律且不均，致使部分电机长期工作于满载甚至过载状态，容易引发过电流跳闸事故导致生产中断、产品报废，而某些电机处于空载甚至发电状态，这部分电机效率非常低，发电状态的电机还造成能源浪费。此外，由于电机负荷不均导致驱动辊在整个铸坯表面施加的拉坯力不均匀，会对铸坯的表面质量造成影响。
【发明内容】
[0003]鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种连铸拉矫机系统以及负荷分配方法，旨在解决现有连铸拉矫机系统中，由于驱动电机负荷分配无规律，使得部分驱动电机长期处于过载的工作状态，容易引发事故的技术问题。
[0004]一方面，所述连铸拉矫机系统，包括若干拉矫机驱动辊部件，每个驱动辊部件包含一个驱动辊以及一个驱动电机，针对每个驱动辊部件设置一个减法器、控制器和加法器，所述减法器输出端连接到所述控制器，所述控制器的输出端连接到加法器的一个输入端，所述加法器的输出端连接到驱动辊部件，所述驱动辊部件的反馈端连接到所述减法器的负极输入端，所述减法器的正极输入端用于输入拉坯力设定值，所述加法器的另一输入端用于输入电机转速设定值。
[0005]另一方面，所述连铸拉矫机负荷分配方法包括下述步骤:
[0006]为所有驱动电机设定一个相同的电机转速设定值wset ；
[0007]为每台驱动电机设定一个负荷分配系数Lsi ；
[0008]确定需要参与负荷分配的拉矫机驱动辊部件，每个驱动辊部件包含一个驱动辊以及一个驱动电机；
[0009]计算参与负荷分配的驱动辊的实际输出拉坯力Facti ；
[0010]计算总拉坯合力F ;
[0011]计算参与负荷分配的每台驱动电机的拉坯力设定值Fseti ；
[0012]将Fseti与Facti的差值作为控制器的输入，所述控制器输出转速补偿量Λ wi ；
[0013]将Λ wi与wset之和作为驱动电机的输入端进行转速控制，驱动辊的实际输出拉坯力作为反馈值实现闭环控制。
[0014]本发明的有益效果是:本发明通过对驱动电机进行转速补偿来改变驱动辊实际输出拉坯力大小，即改变驱动电机负荷，并且采用闭环调节方式实现实际输出拉坯力对拉坯力设定值的动态跟踪和精确控制。本发明能使拉矫机的驱动电机的负荷按照设定要求进行分配，消除某些电机过载而某些电机空载的现象，同时不对生产工艺造成影响。使拉矫机处于良好的工作状态，降低生产故障率，提高生产效率，改善产品质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例提供的连铸拉矫机系统的原理结构图；
[0016]图2是本发明实施例提供的连铸拉矫机负荷分配方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]首先分析拉矫机驱动电机产生负荷偏差的原因。驱动辊对铸坯的拉坯力的F可以表示近似表示为
[0019]F = NXu(I)
[0020]其中:N为驱动辊在铸坯法向上受到的压力，u为铸坯与驱动辊间的摩擦系数；对于夹送辊抬起的拉矫机，其N = 0，该拉矫机不会产生拉坯力，所以也没有参与负荷分配的必要与意义，以下叙述都只针对夹送辊压下的拉矫机。 [0021]当驱动辊表面与铸坯表面的相对滑动速度较小时,近似的有:
[0022]u = av+b(2)
[0023]其中V为驱动辊表面与铸坯表面的相对滑动速度，a, b为与驱动辊表面和铸坯表面材料相关的常数。
[0024]假设拉坯速度为Vc，驱动辊的角速度为W，驱动辊半径为R，则
[0025]V = wR-Vc (3)
[0026]根据⑴、⑵、(3)得到
[0027]F = NX (a(wR-Vc)+b) (4)
[0028]即使所有驱动辊电机的角速度相同，但由于不同位置的拉矫机驱动辊与铸坯间的压力不同、每台驱动辊的半径也存在一定误差，使得每个驱动辊输出的拉坯力有一定差别。总体来讲，拉矫机驱动辊与铸坯间的压力N越大、驱动辊表面与铸坯表面的相对滑动速度越大，则驱动辊产生的拉坯力越大，反之亦然。
[0029]由于拉矫机驱动辊与铸坯间的压力一般由液压专业设计规定且无法调节更改，所以只能通过调节驱动电机角速度w实现拉矫机驱动辊的负荷控制。本发明实施例对拉坯力进行闭环控制可以实现实际拉坯力对设定拉坯力的动态跟踪和精确控制，为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0030]图1示出了本发明实施例提供的连铸拉矫机系统的原理结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。
[0031]本实施例提供的连铸拉矫机系统包括若干拉矫机驱动辊部件101，每个驱动辊部件包含一个驱动辊以及一个驱动电机，针对每个驱动辊部件设置一个减法器102、控制器103和加法器104，所述减法器102输出端连接到所述控制器103，所述控制器103的输出端连接到加法器104的一个输入端，所述加法器104的输出端连接到驱动辊部件101，所述驱动辊部件101的反馈端连接到所述减法器102的负极输入端，所述减法器102的正极输入端用于输入拉坯力设定值Fseti，所述加法器104的另一输入端用于输入电机转速设定值Wset0其中，所述控制器包括比例调节器和积分器。所述控制器用于将拉坯力设定值与实际输出拉坯力的差值按比例调节和积分，得到转速补偿量。
[0032]上述系统中，每个驱动电机都有一个相同的机转速设定值wset，驱动电机的实际转速由机转速设定值wset与转速补偿量Λ wi之和决定，并且将驱动辊的实际输出拉坯力作为反馈输入至减法器，减法器输出拉坯力设定值与实际输出拉坯力的差值，并且控制器根据此差值得到转速补偿量，继续循环控制，直至实际输出拉坯力等于拉坯力设定值。实现了实际输出拉坯力对拉坯力设定值的动态跟踪和精确控制。
[0033]针对上述系统，如图2所示，本实施例还提供了一种连铸拉矫机负荷分配方法，包括下述步骤:
[0034]步骤S201、为所有驱动电机设定一个相同的电机转速设定值。
[0035]各个驱动电机的电机转速设定值wset相同，wset根据设定拉还速度和减速比折算得到。
[0036]步骤S202、为每台驱动电机设定一个负荷分配系数。
[0037]根据每个驱动辊的实际输出拉坯力需求为每台驱动电机设定一个负荷分配系数，所述负荷分配系数决定了拉坯力设定值。
[0038]步骤S203、确 定需要参与负荷分配的拉矫机驱动辊部件。
[0039]对于板坯连铸机需要根据拉矫机轧辊压下或抬起状态，确定参与负荷分配的驱动辊部件，只有向下压的轧辊才和铸坯表面接触，产生拉坯力。假设有η台驱动辊参与负荷分配，它们的编号依次为1，2，3，……，η。
[0040]步骤S204、计算参与负荷分配的驱动辊的实际输出拉坯力。
[0041]对于第i台驱动辊，其实际输出拉坯力为Facti，即驱动辊表面与铸坯表面之间的作用力。
[0042]Facti = Tacti XGi/Ri
[0043]其中:Tacti为第i台驱动电机的实际输出的电磁转矩(单位:Nm)，Tacti可从控制该驱动电机的变频器中读取；
[0044]Gi为第i台驱动辊的传动效率，Gi〈l ；
[0045]Ri为第i台驱动辊的辊道半径，单位m。
[0046]步骤S205、计算总拉还合力。
[0047]总拉还合力F = Factl+Fact2+...+Factn。
[0048]步骤S206、计算参与负荷分配的每台驱动电机的拉坯力设定值。
[0049]第i台驱动电机的拉还力设定值Fseti = FXLsi/(Lsl+Ls2+Ls3+...+Lsn)。这里Lsi为第i台驱动电机的负荷分配系数。负荷分配系数越大，输出的拉坯力越大。如果希望某台驱动电机承担更多的负荷，则可以将该驱动电机的负荷分配系数设置大于其它驱动电机，反之若希望某台驱动电机承担较小的负荷，则可以将该驱动电机的负荷分配系数设置地小于其它驱动电机。总之可以通过调整负荷分配系数来实现驱动电机输出功率的调整。如果希望所有驱动辊输出相同的拉坯力，即拉矫机负荷平衡分配，则可以设置Lsl = Ls2 =Ls3 =...= Lsn0
[0050]步骤S207、将所述拉坯力设定值与实际输出拉坯力的差值作为控制器的输入，所述控制器输出转速补偿量。
[0051]对于第i台驱动电机,将拉坯力设定值Fseti与实际输出拉坯力Facti的差值作为控制器的输出，控制器经过比例调节和积分调节后，生成转速补偿量Λ wi。对于不参与负荷分配的拉矫机驱动电机，Λ wi = 0，驱动电机按照电机转速设定值wset运行。
[0052]步骤S208、将转速补偿量与电机转速设定值之和作为驱动电机的输入端进行转速控制，驱动辊的实际输出拉坯力作为反馈值实现闭环控制。
[0053]对于第i台驱动电机，其实际转速Wi为电机转速设定值与转速补偿量之和，即Wi=wset+ Δ wi,当第i台电机的FactiXFseti时，由于积分器的作用，Λ wi不断加大,该驱动棍输出的拉还力Facti也将不断增大,直至Facti = Fseti,反之当Facti>Fseti时，由于积分器的作用Λ wi不断减小,该驱动棍输出的拉还力Facti也将不断减小,直至Facti=Fseti0
[0054]本实施例方法采用了闭环控制策略，为每台驱动电机分配一个负荷分配系数后可以计算出每台驱动电机的电机转速设定值Fseti，将驱动辊的实际输出拉坯力Facti作为反馈值输入到减法器，然后将Fseti与Facti的差值输入至控制器，经控制器对应处理后生成转速补偿量，对驱动电机进一步进行转速控制，经过上述反馈循环，直至实际输出拉坯力Facti等于拉坯力设定值Fseti。实现了实际输出拉坯力对拉坯力设定值的动态跟踪。当驱动电机稳定工作时，驱动辊的实际输出拉坯力为设定的拉坯力设定值。
[0055]拉矫机的设定拉还合力Fset = Fsetl+Fset2+Fset3+...+FsetN =FX (Lsl+Ls2+Ls3+...+LsN)/(Lsl+Ls2+Ls3+...+LsN) = F。即拉矫机的设定拉还合力等于拉矫机组的实际拉坯合力，这表明各驱动电机经过转速调整之后虽然各自的转速和拉坯力发生了改变，但整个拉矫机的设定合力却始终与拉矫机的实际拉坯合力相同，如果将拉矫机视为一个整体对象，虽然其内力分布发生了改变，但外力却不变，铸坯的运动状态不变。这就保证铸坯的运动状态将不会受到负荷分配控制方法引起的驱动辊电机的转速变化的影响。证明该方法的使用不会造成拉速的变化，不会对生产工艺造成影响。
[0056]为了验证本发明实施例的实施效果，在山东某钢铁公司的连铸机组上分别在未采用负荷分配方式和采用负荷分配方式下对拉矫机驱动电机的输出转矩进行了测量，两次测量均在同一台板坯连铸机上的同一个浇次进行，且拉速均为lm/min。试验结果列于下表中，其中电机输出转矩为采用IOOms的采样间隔进行10分钟6000次连续采样后的平均转矩值。
[0057]
【权利要求】
1.一种连铸拉矫机系统，其特征在于，所述系统包括若干拉矫机驱动辊部件，每个驱动辊部件包含一个驱动辊以及一个驱动电机，针对每个驱动辊部件设置一个减法器、控制器和加法器，所述减法器输出端连接到所述控制器，所述控制器的输出端连接到加法器的一个输入端，所述加法器的输出端连接到驱动辊部件，所述驱动辊部件的反馈端连接到所述减法器的负极输入端，所述减法器的正极输入端用于输入拉坯力设定值，所述加法器的另一输入端用于输入电机转速设定值。
2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述控制器包括比例调节器和积分器。
3.如权利要求1或2所述系统，其特征在于，所述控制器用于将参与负荷调节驱动辊的拉坯力设定值与实际输出拉坯力的差值按比例调节和积分，得到转速补偿量。
4.如权利要求3所述系统，其特征在于，参与负荷调节的第i台驱动辊的拉坯力设定值Fseti = FXLsi/(Lsl+Ls2+Ls3+...+Lsn)； 其中，Lsi为第i台驱动辊电机的负荷分配系数，η为参与负荷分配的驱动辊部件的台数；
总拉还合力 F = Factl+Fact2+...+Factn ； Facti为第i台驱动辊的实际输出拉坯力；
Facti = Tacti XGi/Ri ； Tacti为第i台驱动电机实际输出的电磁转矩； Gi为第i台驱动辊的传动效率，Gi〈l ； Ri为第i台驱动辊的辊道半径，单位m。
5.—种连铸拉矫机负荷分配方法,其特征在于,所述方法包括: 为所有驱动电机设定一个相同的电机转速设定值； 为每台驱动电机设定一个负荷分配系数； 确定需要参与负荷分配的拉矫机驱动辊部件，每个驱动辊部件包含一个驱动辊以及一个驱动电机； 计算参与负荷分配的驱动辊的实际输出拉坯力； 计算总拉坯合力； 计算参与负荷分配的每台驱动电机的拉坯力设定值； 将所述拉坯力设定值与实际输出拉坯力的差值作为控制器的输入，所述控制器输出转速补偿量； 将转速补偿量与电机转速设定值之和作为驱动电机的输入端进行转速控制，驱动辊的实际输出拉坯力作为反馈值实现闭环控制。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述控制器对拉坯力设定值与实际输出拉坯力的差值进行比例调节和积分调节控制，输出转速补偿量。
7.如权利要求5或6所述方法，其特征在于: 第i台驱动棍的实际输出拉还力Facti = Tacti XGi/Ri ； Tacti为第i台驱动电机实际输出的电磁转矩； Gi为第i台驱动辊的传动效率，Gi〈l ； Ri为第i台驱动辊的辊道半径，单位m。
8.如权利要求7所述方法，其特征在于，总拉还合力 F = Factl+Fact2+...+Factn ；第i台驱动电机的拉还力设定值Fseti = FXLsi/(Lsl+Ls2+Ls3+...+Lsn)；其中，Lsi为第i台驱动辊电机的负荷分配系数，η为参与负荷分配的驱动辊部件的台
数。
【文档编号】B22D11/12GK104001886SQ201410197957
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】蔡炜, 苏瑞淼, 叶理德, 赵菁 申请人:中冶南方工程技术有限公司