專利名稱：金屬板帶橫剪生產(chǎn)機組速度同步控制方法
本

發(fā)明內(nèi)容
屬于機械設備控制技術(shù)領域，涉及一種復雜工藝條件下的金屬板帶橫剪生產(chǎn)機組速度同步控制方法。
傳統(tǒng)的金屬板帶橫剪生產(chǎn)機組的基本設備組成如附

圖1所示，主要包括開卷機1、張力輥2、切邊圓盤剪3、多輥矯直機4、飛剪送料輥5、飛剪機6和活套7等設備，其間各設備的傳動控制方式除開卷機1使用張力控制外，其它均采用速度控制。機組運行過程中，飛剪機6的剪切工作為間歇運動，由專門的控制系統(tǒng)控制，其它設備則需要在速度同步狀態(tài)下向飛剪機6連續(xù)輸送帶材。由于速度控制系統(tǒng)存在有調(diào)速誤差(包括調(diào)速精度誤差和線性度誤差)和設備制造誤差，所以必然存在各單機設備之間的速度同步誤差。這種誤差會造成輸送帶材位移誤差的積累，并由此產(chǎn)生各設備之間帶材的堆拉現(xiàn)象，輕則要影響到圓盤剪切邊的質(zhì)量和橫剪定尺剪切的精度，重則將造成帶鋼嚴重跑偏，致使機組無法正常工作?？梢妴慰克俣瓤刂茖嶋H上是無法實現(xiàn)設備間同步運行的。為降低速度同步控制的難度，傳統(tǒng)的做法是在機組設備段間設置緩沖環(huán)節(jié)，即橫剪生產(chǎn)機組一般都用至少一個活套7將機組分為兩段，運用硬特性速度控制(速度反饋)和軟特性速度控制(電勢反饋)方法，實現(xiàn)每段內(nèi)的速度同步控制。也就是說，現(xiàn)有技術(shù)運用活套作為兩段間的速度同步控制緩沖和調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，借助活套的位置控制在宏觀上實現(xiàn)整個機組的同步運行控制。但隨著當前生產(chǎn)品種的增加和生產(chǎn)工藝的發(fā)展，橫剪生產(chǎn)工藝的內(nèi)容已不再僅僅是簡單的切邊與矯直要求，新增有表面清洗、烘干、涂層、附膜、襯紙、標印等多項工藝內(nèi)容，隨之要增加有多臺與之相對應的工藝處理設備，機組長度也要增加許多，如果仍然按照原橫剪機組速度同步控制思路進行控制，安排一個活套依然將存在著多臺設備同步控制的困難，而若采用多個活套控制的方式則又會增加整個生產(chǎn)線長度和增加工程投資，帶來新的問題與矛盾。
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提出一種新式金屬板帶橫剪生產(chǎn)機組速度同步控制方法，采用該方法既可去除原生產(chǎn)線中作為速度同步緩沖環(huán)節(jié)的活套，使生產(chǎn)線盡量縮短，又能滿足多臺設備間的速度同步控制精度要求，使機組在動態(tài)和穩(wěn)態(tài)時都能平穩(wěn)運行。
根據(jù)電力拖動的基本原理可知，解決速度同步的最好方法是使各臺設備之間的帶材保持一定的恒定張力。本發(fā)明的設計原則正是基于該原理而形成的，其技術(shù)解決方案是在橫剪生產(chǎn)機組中確定一臺設備作為機組速度基準并對該設備用恒速度控制系統(tǒng)進行控制，對其它設備采用恒張力、恒力矩和變特性速度控制系統(tǒng)進行控制，各工藝段設備以張力或力矩的形式與基準速度設備構(gòu)成同步運行關(guān)系，從而實現(xiàn)全機組的速度同步控制。
本發(fā)明所述的方法包括以下幾個步驟一、確定各設備電氣傳動方式一般選擇橫剪生產(chǎn)機組中功率較大的主要工藝設備作為機組速度基準并對其采用恒速度控制系統(tǒng)控制，對機組內(nèi)的其它設備則采用恒張力、恒力矩和變特性速度控制系統(tǒng)。
恒速度與恒張力、恒力矩控制均為已知常用的電力拖動控制方法，變特性速度控制是具有力矩限幅功能的速度控制方法，系統(tǒng)可以根據(jù)力矩限幅的變化使速度控制自動轉(zhuǎn)變?yōu)榱乜刂啤?br> 二、根據(jù)工藝要求確定各設備工作段間的張力數(shù)值范圍由于生產(chǎn)帶鋼的厚度和寬度規(guī)格均有一定變化范圍，使得帶鋼的截面積大約有15倍左右的變化范圍，一般生產(chǎn)工藝都要求帶鋼的張力隨帶鋼截面積的變化而改變。確定其大小范圍共有以下四種方式選擇(1)、恒定單位張力由工藝確定一個固定不變的單位張力，根據(jù)帶材的厚度和寬度就能得到這一截面下的張力數(shù)值，如式(1)所示。
T＝B·H·P .................................(1)式中字母代號T為張力(N)，B為帶材寬度(mm)，H為帶材厚度(mm)，P為單位面積張應力(N/mm2)。
由于單位張應力是一定數(shù)，因此帶材張力隨帶材截面積的變化而線性改變，其變化規(guī)律如附圖3所示。
(2)、梯級形變化單位張應力根據(jù)生產(chǎn)需要張力隨帶材截面的變化而非線性變化，由工藝確定一個根據(jù)帶材截面變化范圍而階梯改變的單位張應力P，通過(2)式得到帶材的張力T的數(shù)值。
T＝B·H·P+Δ(B·H)·P............(2)式中Δ(B·H)為帶材梯形截面變化值(mm2)。T的變化規(guī)律如附圖4所示。
(3)、變化范圍受限定的張力值根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求某段張力隨著帶材截面的變化只能被限定在某一范圍值內(nèi)變化，不能超出最大和最小限定值，其特性如附圖5所示。
根據(jù)附圖5所示可得到下式T=T2-T1S2-S1S-S1T2-S2T1S2-S1……………(3)]]>式中字母代號T1為該范圍內(nèi)最小張力限定值(N)，T2為該范圍內(nèi)最大張力限定值(N)，S1為該范圍內(nèi)帶鋼最小截面積(mm2)，S2為該范圍內(nèi)帶鋼最大截面積(mm2)，S為帶鋼截面積(mm2)。
(4)、定比張力定比張力的含義是當某段張力確定后，另一段張力與該段張力成定值比例關(guān)系，如下式TB＝KTA........................................(4)式中TA為已知某段張力(N)，TB為本段張力(N)，K為比例系數(shù)。
三、確定各設備的負載力矩負載力矩是指被確定為張力控制、力矩控制和變特性速度控制的設備承擔張力所要承擔的負載力矩。穩(wěn)定工作使機械設備的負載力矩由兩部分組成，其一是承受張力力矩的負載，其二是承受摩擦力矩的負載，如果張力力矩遠大于摩擦力矩，則可忽略摩擦力矩的影響。
設備的負載力矩可由下式得到MF＝(TR-TC)R.................................(5)式中MF為設備的負載力矩，TR為設備入口張力，TC為設備出口張力，R為設備輥徑。當TR＞TC時，MF為正值，傳動電機為電動力矩狀態(tài)工作；當TR＜TC時，MF為負值，傳動電機為發(fā)電力矩狀態(tài)工作。
四、根據(jù)設備負載力矩換算出各電機力矩電流限幅值，即電機負載率機械設備的負載力矩正比于拖動電機的力矩電流，設備負載力矩占額定力矩的百分比數(shù)也就是電機負載電流所占電機額定電流的百分比。按照這一百分數(shù)(負載率)對電機電流進行限幅控制就可以實現(xiàn)對設備輸出力矩的控制。電機負載率可由下式得到C=MFMe×100%……………………(6)]]>式中MF為設備的負載力矩，Me為設備額定力矩，C為負載率。
五、根據(jù)機組不同工作狀態(tài)和模型計算得到的各電機的具體電流限幅值參數(shù)對各電機實施速度同步控制由恒張力控制、橫速度控制和變特性速度控制系統(tǒng)組成的橫剪機組的速度鏈控制系統(tǒng)如附圖6所示，其硬件條件包括控制各電機運轉(zhuǎn)的全數(shù)字調(diào)速裝置16(它可以是直流控制也可以是交流矢量變頻控制)、進行人機信息交換和基本參數(shù)計算的上位監(jiān)控計算機13、用于順序和邏輯控制的可編程序控制器14，將上述三部分連接起來，構(gòu)成具有隨機信息交換能力的數(shù)字通訊網(wǎng)絡15。
系統(tǒng)工作時，將選定的機組各設備電機工作狀態(tài)及各段張力控制模型事先輸入計算機，一旦將生產(chǎn)帶材的寬度及厚度等工藝參數(shù)通過上位監(jiān)控計算機1 3輸入系統(tǒng)，即可根據(jù)模型計算得到各臺電機的具體控制參數(shù)電流限幅值以對各電機實施速度同步控制。機組動態(tài)過程中為了獲得最大動態(tài)力矩，變特性速度控制系統(tǒng)均放開電流限幅，使其成為速度控制系統(tǒng)，并能夠按照預設的加速度達到工作運行速度。機組一旦進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，變特性速度控制則按照已確定的電流限幅值對各自的電機進行電流限幅控制，使電機工作狀態(tài)由速度控制轉(zhuǎn)變?yōu)榱乜刂疲瑫r根據(jù)負載力矩的正負極性決定是對電機的正向電流進行限幅控制還是對電機的反向電流進行限幅控制。
以下將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明所述方法做進一步說明。
圖1為傳統(tǒng)橫剪生產(chǎn)機組從開卷機至飛剪機的設備組成圖。
圖2為采用本發(fā)明所述方法的一種具體實施例機組——不銹鋼橫剪生產(chǎn)機組從開卷機至飛剪機的設備組成圖。
圖3為恒定單位張應力工藝條件下帶材張力(T)及單位張應力(P)隨帶材截面積(B×H)變化的規(guī)律圖。
圖4為梯級形變化單位張應力工藝條件下帶材張力(T)及單位張應力(P)隨帶材截面積(B×H)變化的規(guī)律圖。
圖5為張力值變化范圍受限定工藝條件下帶材張力(T)隨帶材截面積(B×H)變化的規(guī)律圖。
圖6為同步速度鏈控制系統(tǒng)圖。
參見圖2，不銹鋼橫剪生產(chǎn)機組中的主要傳動設備由卷紙機8、開卷機1、張力輥2、切邊圓盤機3、多輥矯直機4、擠干輥9、布膜襯紙機12、膜開卷機10、紙開卷機11、飛剪送料輥5及飛剪機6等組成。機組所要完成的工藝步驟包括襯紙收集、張力開卷、切邊、濕式矯直、除濕、烘干、標印、布膜或襯紙、定尺剪切、廢品分選、定點堆垛等。
實際應用中，應首先確定機組內(nèi)各單機設備的電氣傳動方式，即本發(fā)明所述方法的步驟一。
機組以矯直機4作為速度基準，傳動特性為恒速度控制；由擠干輥9、布膜襯紙機12和飛剪送料輥5共同建立矯直機前張力，它們的傳動系統(tǒng)確定為變特性速度控制系統(tǒng)；開卷機1、張力輥2和圓盤剪3共同建立矯直機的后張力，開卷機1確定為恒張力控制，張力輥2和圓盤剪3確定為變特性速度控制；機組中卷紙機8、膜開卷機10和紙開卷機11均確定為恒張力控制。
機組中的張力分配如附圖2所示，圖中TK為開卷張力，TH為矯直機后張力，TQ為矯直機前張力，TP為擠干輥與布膜襯紙機之間的張力，TF為布膜襯紙機與飛剪送料輥之間的張力。
根據(jù)附圖2所示張力分段來確定機組各段張力的大小和變化范圍是本發(fā)明所述方法的第二步驟。
開卷張力TK為恒定單位張應力，可由來料的厚度H、寬度B和單位張應力P并根據(jù)公式TK＝B×H×P計算得到。在此，我們選擇P為“梯級形變化單位張應力”，其隨帶材截面積變化的規(guī)律如附圖4所示。
TH為矯直機的后張力，也就是張力輥2與矯直機4之間的張力，該張力也是由來料厚度H、寬度B和單位張應力決定，由于矯直機4可承受的張力有限，其范圍由單位張應力確定，實際應用中選擇“恒定單位張應力”方式?jīng)Q定張力范圍，如附圖3所示，為區(qū)分設其為P1，TH＝B×H×P1為簡化控制我們設定矯直機的前張力等于后張力，即TQ＝TH＝B×H×P1。
TP為擠干輥9與布膜襯紙機12之間的張力，由于該工作段需對帶鋼進行布膜(或襯紙)工藝處理，若張力過大，布膜襯紙機產(chǎn)生的張力大于布膜(或襯紙)與帶鋼間的摩擦力，會使膜或紙相對帶鋼產(chǎn)生滑動錯位，影響布膜或襯紙效果；如果張力太小，又會影響帶鋼在剪切過程中的穩(wěn)定性，進而影響測量精度和剪切定尺精度，所以對該段張力提出特殊要求，即張力被限定在一個特定范圍的最大值和最小值之間，因此就需要選用“張力變化范圍受限定”的方法來確定該段張力。如附圖6所示。
在確定了最小張力、最大張力和最小帶鋼截面、最大帶鋼截面之后，根據(jù)來料的厚度、寬度即可得知本段的張力數(shù)值。TP=T2-T1S2-S1HB-S1T2-S2T1S2-S1]]>TF為布膜襯紙機與飛剪送料輥之間的張力，該段帶鋼已經(jīng)布膜(或襯紙)，因此與前段張力有相同的工藝要求?？蛇x用“定比張力”方式確定本段的張力數(shù)值，保持與前一段張力TP之間成比例關(guān)系，即TF＝KTP，式中比例系數(shù)K值的取值范圍根據(jù)實際需要為K＜1。
圓盤剪3在機組中是一臺較為特殊的設備，由于在機組中它僅僅是用于切邊，除剪邊負載力矩外很難再承受張力力矩，因此在張力輥2與矯直機4的張力段中圓盤剪對張力TH的影響很小，實際工作中可忽略不計。
在確定了各段張力之后，就可以確定各設備用于產(chǎn)生張力的負載力矩，即完成本發(fā)明所述方法的第三步驟。
開卷機的負載力矩MK為MK＝(TK+Ta)RK。式中RK為開卷機卷半徑；Ta為卷紙機張力；TK為開卷張力。
張力輥的負載力矩MZ為MZ＝(TK-TB)RZ。式中RZ為張力輥半徑；TH為矯直機后張力；TK為開卷張力。
圓盤剪的負載力矩MY是以剪切板厚H和剪切材質(zhì)的屈服強度σS為變量的函數(shù)，即MY＝MY(H，σS)。
矯直機的前張力等于后張力，我們可以認為它的電機不承受張力力矩所產(chǎn)生的負載。
擠干輥的負載力矩MJ為MJ＝(TQ-TP)RJ。式中RJ為擠干輥半徑；TQ為矯直機前張力；TP為擠干輥與布膜襯紙機之間的張力。
布膜襯紙機的負載力矩MB為MB＝(TP+Tb-TF)RB。式中RB為布膜襯紙機的半徑；TF為布膜襯紙機與飛剪送料輥之間的張力；Tb(或Tc)為膜開卷(或紙開卷)張力。
飛剪送料輥的負載力矩MF為MF＝TF×RF。式中RF為飛剪送料輥半徑。
上述各單機負載力矩確定之后便可根據(jù)其額定力矩計算出各電機的負載率，進而得到各電機力矩，此即本發(fā)明所述方法的第四步驟。
開卷機計算力矩作為開卷張力直接給出，進行恒張力控制，而張力輥、圓盤剪、擠干輥、布膜襯紙機、飛剪送料輥的計算力矩則作為各自力矩限幅值輸入到各自的傳動裝置內(nèi)，在機組進入穩(wěn)態(tài)速度運行時用來對各電機進行力矩限幅控制，使其進入力矩狀態(tài)，實現(xiàn)變特性控制，如此即完成了本發(fā)明所述方法的第五步驟。
權(quán)利要求
1.一種金屬板帶橫剪生產(chǎn)機組速度同步控制方法，其特征是在橫剪生產(chǎn)機組中確定一臺設備作為機組速度基準并對該設備用恒速度控制系統(tǒng)進行控制，對其它設備采用恒張力、恒力矩和變特性速度控制系統(tǒng)進行控制，各工藝段設備以張力或力矩的形式與基準速度設備構(gòu)成同步運行關(guān)系從而實現(xiàn)全機組的速度同步控制。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬板帶橫剪生產(chǎn)機組速度同步控制方法，其特征在于該方法由以下步驟構(gòu)成2.1在橫剪生產(chǎn)機組中選擇功率較大的主要工藝設備作為機組速度基準并對其采用恒速度控制系統(tǒng)控制，對機組內(nèi)的其它設備采用恒張力、恒力矩和變特性速度控制系統(tǒng)進行控制；2.2根據(jù)帶鋼的張應力隨帶鋼截面積變化的具體工藝要求確定各工藝段的張力數(shù)值范圍，包括a、張力滿足T＝B·H·P式的恒定單位張應力控制模式，式中字母代號T為張力，B為帶材寬度，H為帶材厚度，P為單位面積張應力；b、張力滿足T＝B·H·P+Δ(B·H)·P式的梯級形變化單位張應力控制模式，式中字母代號Δ(B·H)為帶材梯形截面變化值；c、張力滿足 式的位于某變化范圍內(nèi)的張力控制模式，式中字母代號T1為該范圍內(nèi)最小張力限定值，T2為該范圍內(nèi)最大張力限定值，S1為該范圍內(nèi)帶鋼最小截面積，S2為該范圍內(nèi)帶鋼最大截面積，S為帶鋼截面積；d、滿足與某段已確定張力TA成正值比例關(guān)系的定比張力值TB＝KTA的控制模式，式中字母代號K為比例系數(shù)；2.3根據(jù)公式MF＝(TR-TC)R確定機組中采用恒張力、恒力矩和變特性速度控制系統(tǒng)控制設備的負載力矩MF，式中字母代號TR為設備入口張力，TC為設備出口張力，R為設備輥徑；2.4根據(jù)設備負載力矩MF和設備額定力矩Me換算出各電機力矩電流限幅值，即電機負載率C， 2.5將選定的機組各設備電機工作狀態(tài)及各段張力控制模型輸入計算機，根據(jù)機組不同工作狀態(tài)和模型計算得到的各電機的具體電流限幅值參數(shù)對各電機實施恒張力、恒力矩、變特性速度控制，從而實現(xiàn)全機組的速度同步控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復雜工藝條件下的金屬板帶橫剪生產(chǎn)機組速度同步控制方法,其內(nèi)容是在橫剪生產(chǎn)機組中確定一臺設備作為機組速度基準并對該設備運用恒速度控制系統(tǒng)進行控制,對其它設備采用恒張力、恒力矩和變特性速度控制系統(tǒng)進行控制,各工藝段設備以張力或力矩的形式與基準速度設備構(gòu)成同步運行關(guān)系,從而實現(xiàn)全機組的速度同步控制,可使生產(chǎn)線在沒有速度同步緩沖環(huán)節(jié)活套的情況下穩(wěn)定同步運行。
文檔編號B23P23/04GK1355079SQ0011399
公開日2002年6月26日 申請日期2000年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月1日
發(fā)明者周德奇, 張勇安, 任玉成 申請人:機械工業(yè)部西安重型機械研究所