冷线机组卷取机直流数字控制系统

1卷取机工艺的介绍 在钢带生产中，采用连轧方式是提高生产效率的重要措施，连轧出来的钢带由卷取机卷绕成卷。为了适应生产运输储存及用户需要，钢带也必须用卷取机卷绕成卷。 卷取机是成卷轧制中不可缺少的设备，生产实践表明，保证卷取机正常工作对提高生产率有重要意义，在车间中，卷取机还普通用于酸洗，剪切，热处理等辅助机组中。卷取机有如下特点： （1） 提供张力，实现张力轧制 。 （2） 卷取机速度可调 。 （3） 卷取机的带钢边缘控制。 卷取机张力控制原理如图1—1所示，在稳速带钢开卷时，随着带卷直径的变化，电动机产生的转矩亦随之而变化，但电动机的转矩MO与带材张力力矩MT始终保持相等关系，即MO=MT 。 图1—1张力控制原理图 其中 (1—1) 式中：T——带钢张力（Kg） D——带卷直径（m） i ——传动比 η——机械效率 电动机的电磁转矩 （1—2） 式中：CM——电动机的转矩系数 Φ——电动机的磁通，I——电动机的电枢电流 又 （1—3） 式中 由上式可知，欲使带钢张力保持恒定，须保持ΦI/D的乘积为常数[1]。 在基速以下保持Φ=Φe（额定磁通），且I/D保持不变，即可使带材张力恒定，当电动机在基速以上运行时，须使Φ/D和I分别为常数，则可保证带材张力恒定。这样，通过基速以下满磁调压，基速以上全压弱磁，实现在基速以下电流随卷径成比例地变化，基速以上电流、电势分别保持不变。 1.2 工艺要求 冷线机组的工艺要求其工艺要求如表1所示。 表1 工艺要求参数 材料 冷轧奥氏体、不锈钢 材料强度极限 160kg/mm2 带钢宽度 600~130mm 带钢厚度 0.4~3mm 卷筒直径 610mm 钢卷直径 1520mm 钢卷重量 10T 退火炉内能力 最大1700g 酸洗部分能力 最大4000g 开卷能力 250~200kg 卷取机能力 400~4000kg 1.3 电机参数 型号：Z4-160-31；功率：P=22KW；电压：U=440V；电流：58.7A；转速：n=1000/2000rpm;励磁电压：U=180V；励磁功率：P=930W；电枢电阻：R=0.68Ω；电枢电感：H=15.2MH；磁路电感：H=8.2mH;GD=0.88kg.m;传动比：j=62.5. 1.4 技术指标 速度精度： +-1%； 张力精度：静态 +-2%； 动态 +-5%。 2 ABB公司的DCS400介绍 2．1 DCS 400 - 结构紧凑的直流传动简介 DCS 400 是最新一代直流传动设备，功率范围从 9 到 522 KW ，供电电压为 230 到 500 V。由于磁场单元使用了IGBT技术，所以没有必要再根据不同的供电电压选用磁场变压器。控制盘或PC工具上的调试向导可以在调试过程中引导用户对所需参数进行设置。这使调试过程变得极为简单。 2.2 基本功能： （1） 传动功能 速度给定斜坡发生器(S-曲线，两种加/减速斜坡)、测速机、编码器和EMF测速反馈、速度控制、转矩/电流给定处理、外部转矩限幅、电流调节器、自动弱磁、电枢电流、励磁电流、速度调节器、EMF调节器和磁通的自优化、速度监测、起/停逻辑、远程/本地控制、急停、相序自动检测、电机过载检测、内部电动电位器作为速度给定、点动功能、应用宏。 （2） 监测功能 自检、故障记录、电机保护、速度反馈故障、过热 (PTC 监测)、过载 (I2t)、超速、电机堵转、电枢电路过流、电枢电路过压、最小励磁电流、励磁过流。 （3） 控制和操作 现场总线适配器组成：塑料光缆、现场总线适配器、可选的现场总线适配器、PROFIBUS、AC31、MODBUS、MODBUS PLUS、CAN-BUS 3 系统硬件配置 卷取机数字控制系统可以在点动应用宏的基础上设置，应用宏是预先定义好的参数组。在设计时，无须逐个对参数进行设定就可以将传动设置好。 应用点动应用宏已设置的部分输入输出口的定义，适当的加上一些外围元器件或者由PC、PLC来进行外围控制，就可以简单、有效的控制系统正常的运行。系统的硬件包括：电源控制板、变流器模块、控制板SDCS-CON-3A、功率接口板SDCS-PIN-3A、励磁板SDCS-FIS-3A等。 功率接口板的X98的1、2口DO5为电隔离继电器的输出，3、4口为115V-230V的控制电源；控制板上的X7接口接DCS 400 PAN，X13、X12接入功率接口板，功率接口板上X15、X16之间连接脉冲变压器，X22连接PTC，X3、X4和X5分别对应的连接电流互感器T51、T52和T53，X10的1、2接口接入电动机的励磁绕组，X14接口接入励磁板。L1、L2、L3端口接入415V直流电压，415V直流电压接入电机电枢绕组，通过电流互感器T51、T52、T53和熔断器F100、F101、F102接入功率接口板的X1、X2、X7，并通过这些接口接入励磁板对应的接口。功率接口板的X24、X20接口通过C1、D1端点控制电机电枢[3]。 4 双闭环简介及其参数计算 4.1.电流调节器的参数计算[2] 整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： 直流电动机：440V，58.7A，1000r/min，22KW，允许过载倍数 ； 晶闸管装置的放大系数：Ks=440V/10V=44 电枢回路总电阻：R=0.68 1.确定时间常数： 时间常数 =l/R=22ms=0.022s 电流反馈系数β=10V/1.5I=0.11 整流装置滞后时间常数（三相桥式电路的平均失控时间）Ts=0.0017s 电流滤波时间常数 。三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms，为了基本滤平波头，应有 =3.3ms，因此取 =2ms=0.002ms。 电流环小时间常数之和 。按小时间常数近似处理，取 = Ts+ =0.0037s。 2.计算电流调节器参数： 电流调节器超前时间常数： 电流环开环增益：要求电流超调量 5%，应取KI =0.5，因此 KI=0.5/ =0.5/0.0037=136.24 于是，ACR的比例系数为： 4.2转速调节的参数设定 整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： 直流电动机：440V，58.7A，1000r/min，22KW，允许过载倍数 ； 晶闸管装置的放大系数：Ks=440V/10V=44 电枢回路总电阻：R=0.68 要求转速无静差，空载起动到额定转速时的转速超调量 。 转速反馈系数 1.确定时间常数： 电流环等效时间常数 转速滤波时间常数Ton=0.01s 转速环小时间常数 2.计算转速调节器参数： 按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR的超前时间常数为： 由此可求得转速环开环增益： 于是，由式2.76可得ASR的比例系数为 5 系统软件设计 ABB公司的DCS400系统是结合各种直流调速系统的优点于一体的直流数字调速系统.它简单易学,设计更注重了系统的简单明了性.DCS400的优越性对于一个电气设计人员更是深有体会,它实现了软件和硬件的有机结合,设计人员只须对软件进行参数设置,无须知道其内部的复杂结构,使得设计更加简单。 5.1 应用宏简介 应用宏是预先定义好的参数组。在起动过程中，无须逐个对参数进行设定就可以将传动设置好。选择的应用宏会影响到所有 I/O口的定义及其在控制结构中的具体位置。所有可以由手动设定的开关选项都已由应用宏预先定义。 5.2 调节器功能 a.主电源电压监测与失电缓冲 DCS400采用了一种全新的方式实现主电源电压监测功能，简单的参数设置，操作可靠。 DCS400不需要任何参数设置就能在230V… 500V的主电源电压范围内运行。电机电压与所需要的主电源电压之间有一种物理关系，在某一特定的主电源电压下有一个最大电机电压。 最小允许主电源电压是根据额定电枢电压(1.02)Ua计算得到的。如果电压降至该计算值以下，变流器将在故障信息F09之后停机。 参数 Net Fail Time (1.11)设定了欠压允许时间。在主电源出现欠压时，传动封锁脉冲并给出报警 A02 。 b. 实际速度的监测 测速机或编码器的速度反馈会被监测。如果速度反馈与 EMF 反馈的偏差过大，传动将跳闸并报故障 Speed Meas Fault (F16)。 c. 自动弱磁 电枢绕组阻值在电枢的自优化过程中测量或手工输入。这就是说，空载时(也就没有电流)无法得到额定电枢电压但能得到额定转速。 一旦EMF达到额定值并获得全速，基于EMF的调节器就自动进行弱磁，但这只有在测速机或编码器控制模式下才能进行，EMF反馈没有弱磁功能。 5.3 电流调节器 参数Arm Cur Nom(1.01), Arm CurMax(3.04),Torque Lim Pos(3.07)TorqueLim Neg(3.08)都与电流限幅功能有关。 ArmCur Nom(1.01)把电机额定电流换算为变流器内部值，所有其它与电流有关的参数都以该参数作为参考。Arm Cur Max(3.04