铝板带冷轧机板型辊驱动电机的控制方式

来源：本站发布时间：2019-11-27 00:39:59 浏览量：706返回列表

板形控制是铝板带压延加工的核心控制技术之一，板型辊在铝板带轧机中扮演着重要角色。近年来随着科学技术的不断进步，全球先进的板形控制技术不断涌现，促进了板形测量辊电气驱动系统的快速发展，也带动了冷轧板带工业的装备进步和产业升级。

1 板型辊驱动电机的基础传动控制思想

图1为冷轧机板型辊及电控驱动系统的分布示意图。冷轧机带材板型辊为主动辊，即该辊由交流变频器驱动变频电机然后再通过联轴节驱动。为防止带材下表面被辊面擦划伤必须使板型辊线速度与出口带材速度同步。电机的输出转矩与板型辊驱动所需转矩的差值如果大于带材与板型辊之间的最大静摩擦力矩，那么带材与板型辊之间即会发生相对运动，带材下表面发生擦划伤，最终影响到产品质量。因此在电机控制上采用了ABB变频器的“窗口控制”功能，即速度给定、力矩限幅的控制模式。

图1 冷轧机板型辊及电控驱动系统的分布示意图下载原图

Fig.1 Distribution Diagram of plate roller and electronic control driving system in cold rolling mill

1.1 窗口控制基本原理

图2为“窗口控制”示意简图。在正常运行时速度偏差值 (电动机的给定转速与实际转速的差值 (Speed error) ) 在PLC预先定义的窗口宽度 (Window width) 范围内，速度调节器的输出 (SPC Output) 将不起作用。一旦负载遇到干扰，此时速度偏差值超出“窗口”宽度范围，窗口控制通知速度调节器快速投入调节，速度调节器的输出再次被快速恢复到窗口宽度范围内，上述修正过程不断持续，直到达到新的平衡点。“窗口控制”保证了速度调节器的速度偏差值始终在预设定的窗口宽度控制范围内，从而提高了板型辊驱动电机的运行精度。图3为基础传动“窗口”控制和速度给定逻辑原理图。

图2“窗口”控制示意简图下载原图

Fig.2“Window”control schematic diagram

图3“窗口”控制和速度给定逻辑原理图下载原图

Fig.3“Window”control and speed given logic schematic

1.2 板型辊驱动电机控制原理

板型辊电机的传动控制，主要是控制电机在动态状态 (加、减速阶段) 惯量补偿转矩和稳态过程中的摩擦损耗转矩控制，即板型辊电机的实际输出转矩应该等于各个速度段的摩擦损耗转矩和动态状态下惯量补偿转矩之和，其传动的控制方式为，速度控制，附加上“窗口控制”的转矩限幅。其硬件配置为1台标准的ABB ACS800变频器驱动1台交流电机带动板型辊旋转，通过现场总线实现PLC一级控制和变频器基础传动之间的通讯 (图4) 。

2 板型辊驱动电机实际转矩的损耗补偿

图4 板型辊电机速度环、转矩环双闭环传动控制原理框图下载原图

Fig.4 Principle block diagram of double closed-loop drive control for speed loop and torque loop of plate roller motor

板型辊电机在各个速度段的摩擦损耗转矩和惯量补偿转矩通过现场试验来确定，必须补偿准确，调试时一定要注意板型辊两端轴承要润滑良好。

2.1 摩擦损耗转矩

一般情况下稳态时电机各个速度段的摩擦损耗转矩M0=f (n) 是一条二次曲线，式中n为电机实际转速，M0电机的空载摩擦损耗转矩。然后通过PLC编程使其曲线化 (图5) 。

图5 板型辊电机的摩擦转矩损耗曲线下载原图

Fig.5 Friction torque loss curve of plate roller motor

2.2 动态惯性补偿转矩

电机在升、降速阶段还需补偿 (迭加) 上板型辊与电机的惯性补偿转矩，以保证加减速时跟随性良好。惯性补偿转矩的精确性除了要求加速度的给定精度、板型辊辊径测量准确精度等因素外，将主要取决于机械设备转动惯量的精确性。所以，为保证控制精度，在现场需要对机械设备转动惯量GD2进行实际精确测量。电动机带上要测试的机械设备即板型辊，在空载状态下，测量机械设备升、降速过渡过程曲线，从中计算出其转动惯量值。由电机拖动原理可知电机的惯性补偿转矩Md为:;式中，Md为电动机的惯性补偿转矩，N·m;GD2为电动机的转动惯量与折算到电机轴的机械转动惯量之和，N·m2;为动态过程中电机驱动板型辊的转速加速度，r·min-1·s-1。

2.3 动态惯性补偿转矩数学模型

在铝板带轧制中，出口轧件速度比轧辊圆周速度大，即出口侧板带材与轧辊存在一定的相对滑动，称为前滑。出口侧带材的前滑值与轧制工艺有关，一般在8%之内。为保证板型辊线速度与出口板带材同步，板型辊实际线速度与出口板带材的线速度要相等，同时加减速过程中两者的加速度也要相等。所以在实际工程应用中，板型辊电机线速度设定值由轧辊线速度设定值 (机列线速度基准值) 和出口板带前滑值确定。加减速过程中板带材线加速度设定值由轧辊的加速度设定值和出口板带前滑值确定, 式中，V为带材实际线速度，m/s;n为板型辊电机转速，r/min;i为减速比 (本文电机与板型辊直联，故减速比为1) ;D为板型辊直径, m。所以得到, ;该公式就是板型辊电机速度控制、力矩限幅时动态过程惯性转矩补偿的数学模型。