冷軋機(jī)組電氣傳動(dòng)系統(tǒng)
冷軋機(jī)組設(shè)備
冷軋機(jī)組設(shè)備適用于冶金行業(yè)。一般用于軋制成品為1mm以下不同規(guī)格的薄帶鋼。對(duì)于可逆冷軋機(jī)組設(shè)備，它由主軋機(jī)、左右卷取機(jī)、壓下及輔助設(shè)備等組成。主軋機(jī)兩側(cè)各有一臺(tái)卷取機(jī)，壓下為電動(dòng)或液壓壓下，分別通過(guò)對(duì)壓下螺絲桿的位置移動(dòng)控制或通過(guò)對(duì)液壓伺服閥對(duì)輥逢開(kāi)口度控制，達(dá)到厚度控制的目的。軋制時(shí)，主軋機(jī)按設(shè)定厚度進(jìn)行軋制，兩臺(tái)卷取機(jī)交替地分別工作在卷取和開(kāi)卷狀態(tài)，在整個(gè)軋制過(guò)程中始終保持一定的工藝張力，確保所軋制的鋼卷質(zhì)量。
冷軋機(jī)組電氣傳動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)成套電控裝置
冷軋機(jī)組電氣傳動(dòng)的恒張力控制，由電氣傳動(dòng)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)成套電控裝置完成。該裝置原則上是根據(jù)用戶和工藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置相應(yīng)的硬件、軟件再組裝成成套產(chǎn)品。通常是以交鑰匙的方式提供給用戶，它包括電氣系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、柜體成套、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等。該裝置包含主軋線控制、壓下控制、自動(dòng)化基礎(chǔ)工藝控制。主軋線控制由主軋機(jī)，左、右卷取機(jī)實(shí)現(xiàn)，壓下控制由電動(dòng)壓下或液壓壓下實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化控制由基礎(chǔ)自動(dòng)化和工藝控制自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
裝置性能
驅(qū)動(dòng)器主回路輸入電壓：220V±10%-690V ±10%
推薦最大直流電機(jī)電壓：電樞電壓=1.15×電源電壓（CT驅(qū)動(dòng)器略有改變）
主軋機(jī)穩(wěn)速控制精度在±0.1%以內(nèi)（光電編碼器反饋）
卷繞控制的張力精度優(yōu)于5%
成品厚度＞0.3mm時(shí)：穩(wěn)態(tài)厚度控制精度＜±1.0%，動(dòng)態(tài)厚度控制精度＜±2.0%
成品厚度≤0.3mm時(shí)：穩(wěn)態(tài)厚度控制精度＜±1.5%，動(dòng)態(tài)厚度控制精度＜±2.0%
安裝高度：海拔高度小于或等于1000m時(shí)，按100%負(fù)載選擇驅(qū)動(dòng)器；海拔高度大于1000m時(shí)，每升高100m，驅(qū)動(dòng)器額定電流須降容使用，按100%負(fù)載時(shí)的驅(qū)動(dòng)器減少1.0%的原則選型
環(huán)境溫度：環(huán)境溫度大于40度，溫度每增高10度，驅(qū)動(dòng)器的額定電流需減少1.5%，最高達(dá)到55度
允許的溫度等級(jí)：空氣相對(duì)濕度小于85%，不允許出現(xiàn)凝露
裝置特點(diǎn)和功能
根據(jù)用戶和工藝要求，可配置電控柜和操作臺(tái)。如：仿威圖柜體、玻璃柜體、GGD柜體等。柜體采用淺駝灰、靜電噴塑
傳動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)器可根據(jù)用戶投資能力選擇品牌，有進(jìn)口的全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)器和小拖大驅(qū)動(dòng)器（調(diào)節(jié)回路選用進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器主板、功率器件選用國(guó)產(chǎn)可控硅）。進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器成本相對(duì)較高，但性能更穩(wěn)定。進(jìn)口的有ABB、西門(mén)子、Nidec CT等公司的全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)器；小拖大驅(qū)動(dòng)器為我公司自行研發(fā)的功率柜和ABB、CT、西門(mén)子驅(qū)動(dòng)器拆板組成電樞整流器
具有光電編碼器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和電樞電壓反饋等功能。有足夠的過(guò)載能力，有較硬的機(jī)械特性等
通過(guò)自動(dòng)優(yōu)化功能的運(yùn)行使傳動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)達(dá)到較高的速度控制精度
完善的多級(jí)保護(hù)。如過(guò)流、過(guò)壓、超速、欠磁、相序及丟相檢測(cè)等
PID快速平滑的起、制動(dòng)功能
以微處理器為核心
系統(tǒng)控制策略
直流驅(qū)動(dòng)器
直流驅(qū)動(dòng)器是傳動(dòng)裝置的核心設(shè)備，主要作用對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制。在選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)要注意兩個(gè)方面，一是驅(qū)動(dòng)器的品牌，它直接涉及到傳動(dòng)裝置的價(jià)格和性能；二是驅(qū)動(dòng)器容量的選擇。驅(qū)動(dòng)器品牌有進(jìn)口原裝的全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)器裝置和小拖大整流裝置（電樞整流回路采用國(guó)產(chǎn)可控硅，調(diào)節(jié)回路采用進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行拆板控制）。進(jìn)口原裝的全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)器有ABB、西門(mén)子、Nidec CT等。
驅(qū)動(dòng)器容量的確定：驅(qū)動(dòng)器輸出的額定電流和最大過(guò)載電流需大于直流電機(jī)的額定電流和允許過(guò)載電流，驅(qū)動(dòng)器的輸出直流電壓需大于電動(dòng)機(jī)的所需的電樞電壓的原則進(jìn)行選擇驅(qū)動(dòng)器。
不論是進(jìn)口還是小拖大驅(qū)動(dòng)器，它們都有相同的調(diào)節(jié)回路，即三相全控橋直接反并聯(lián)，邏輯無(wú)環(huán)流，非獨(dú)立弱磁控制模式。以微處理器為核心的四象限控制；電流自適應(yīng)功能；多種反饋接口；具有較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和加減速的線性度；菜單驅(qū)動(dòng)的參數(shù)結(jié)構(gòu)；通過(guò)用戶自定義的菜單，可快速訪問(wèn)常用的參數(shù)；多級(jí)電子保護(hù)功能等。
整流變壓器
整流變壓器的種類(lèi)有油浸式和干式變壓器之分，視容量的大小和安裝環(huán)境確定。一般大于200KVA可考慮油浸式整流變壓器，反之則為干式變壓器。油浸式整流變壓器可以安裝在戶外，具有易于散熱，價(jià)格較干式整流變壓器便宜，但體積較大，安裝時(shí)要考慮增設(shè)防火措施等；干式整流變壓器安裝在室內(nèi)，體積較小，但價(jià)格較油浸式變壓器貴，適用于容量較小的設(shè)備。
一般情況軋制線可采用兩臺(tái)整流變壓器，主軋機(jī)使用一臺(tái)；左右卷取機(jī)共用一臺(tái)。
整流變壓器，其繞組可制成不同的組別，以減少高次諧波，有利于提高功率因數(shù)。
主軋制線傳動(dòng)裝置
主軋機(jī)、左右卷取機(jī)、開(kāi)卷機(jī)的直流驅(qū)動(dòng)器它們都有相同的控制原理。即：邏輯無(wú)環(huán)流控制方式。不同的是主回路、勵(lì)磁回路的功率需按電機(jī)功率的大小配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器。
主回路由變壓器、進(jìn)線開(kāi)關(guān)、接觸器、直流驅(qū)動(dòng)器以及相應(yīng)的保護(hù)器件組成。
勵(lì)磁回路由供電和勵(lì)磁調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)組成。
控制回路式傳動(dòng)系統(tǒng)與其他輔助設(shè)備連鎖的控制環(huán)節(jié)。
卷取機(jī)張力控制
在生產(chǎn)過(guò)程中主軋機(jī)與左右卷取機(jī)之間需維持一定的恒張力進(jìn)行軋制。根據(jù)控制特性，左右卷取機(jī)始終交替工作在“電動(dòng)”和“發(fā)電”狀態(tài)，裝置也因此交替工作在“整流”和“逆變”狀態(tài)。卷取機(jī)在軋制過(guò)程中經(jīng)常在弱磁狀態(tài)。為了充分合理地利用電機(jī)功率，一般選擇最大力矩法作為卷繞控制模式。
最大力矩法的優(yōu)點(diǎn)是：能充分合理地利用電機(jī)功率。無(wú)論卷徑大小，基速以下電動(dòng)機(jī)滿磁工作，基速以上電動(dòng)機(jī)弱磁工作。電動(dòng)機(jī)力矩能得到最大的發(fā)揮。
具體表現(xiàn)在
1、電動(dòng)機(jī)的弱磁倍數(shù)與卷徑D無(wú)關(guān)。
2、基速以下電動(dòng)機(jī)在滿磁下運(yùn)行，起、制動(dòng)時(shí)的過(guò)渡過(guò)程加快，而且還可以輸出最大力矩，增大過(guò)載能力。
3、電動(dòng)機(jī)力矩可得到充分利用，在基速以下可輸出最大力矩，在基速以上可輸出最大有效功率。
4、電動(dòng)機(jī)在起制動(dòng)時(shí)，卷取機(jī)引起的無(wú)功沖擊負(fù)荷較小。此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于滿磁狀態(tài)，減小了電流沖擊和線路損耗，且運(yùn)行電壓高，功率因數(shù)好；高速時(shí)電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行，功率因數(shù)更高，故無(wú)功沖擊負(fù)荷較小。
5、電流閉環(huán)同電機(jī)激磁閉環(huán)各自獨(dú)立。
為了計(jì)算卷徑D，線速度V取自于導(dǎo)向輥的光碼盤(pán)的信號(hào)，n角速度（卷取機(jī)反饋信號(hào)）取自于卷取機(jī)的光碼盤(pán)信號(hào)。卷徑、張力力矩、動(dòng)態(tài)力矩的計(jì)算由功能模塊完成。
勵(lì)磁回路
勵(lì)磁模塊有固定勵(lì)磁和可控勵(lì)磁兩種工作方式，具體的工作模式由工藝要求而定。固定磁場(chǎng)工作狀態(tài)時(shí)，勵(lì)磁電流為額定值；可控勵(lì)磁工作狀態(tài)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小能控制電機(jī)的速度，即基速以下為額定勵(lì)磁且工作在恒轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，基速以上弱磁升速且工作在恒功率狀態(tài)。
控制回路
主要完成主軋制線傳動(dòng)裝置各種設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的邏輯控制、聯(lián)鎖以及保護(hù)措施控制等。主軋機(jī)、左右卷取機(jī)以及壓下的起?？刂?；單動(dòng)正反向點(diǎn)動(dòng)；聯(lián)動(dòng)正反運(yùn)行、邏輯控制、聯(lián)鎖控制以及故障保護(hù)控制等。
液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)、風(fēng)冷冷卻系統(tǒng)等輔助設(shè)備的起/停。
傳動(dòng)系統(tǒng)的各種故障保護(hù)功能如：斷帶保護(hù)，當(dāng)張力消失時(shí)，控制系統(tǒng)全線自動(dòng)停車(chē)。速度限幅、超速保護(hù)、緊急停車(chē)、缺相、失磁、欠電壓、過(guò)電壓、測(cè)速機(jī)反饋等故障監(jiān)視及邏輯控制等。
電動(dòng)壓下
當(dāng)壓下裝置為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，需配置直流驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)壓下裝置為交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，需配置交流驅(qū)動(dòng)器。不論是直流驅(qū)動(dòng)器或是變頻器控制，它們都是通過(guò)交直流電機(jī)對(duì)壓下絲桿的直線位移位置控制。
為了保證壓下控制進(jìn)度，壓下到位時(shí)要求慢速壓下控制、抬輥時(shí)要求快速提升，因此要求系統(tǒng)響應(yīng)快、低速精度要求高、過(guò)載能力強(qiáng)等特性。
壓下應(yīng)具有單臺(tái)/多臺(tái)電機(jī)的同步運(yùn)行控制功能。
基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)
基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)由PLC、功能模塊、觸摸屏及保護(hù)器件等組成。主要完成傳動(dòng)控制、張力控制、AGC、速度控制和各種遠(yuǎn)程I/O等。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與各驅(qū)動(dòng)器、遠(yuǎn)程I/O等通訊，進(jìn)行交、直流電機(jī)和各種開(kāi)關(guān)量的控制。實(shí)現(xiàn)主扎線和壓下以及公用液壓站等輔助設(shè)備進(jìn)行控制。高性能閉環(huán)控制模塊，完成AGC閉環(huán)控制。
液壓壓下（液壓AGC）
液壓壓下系統(tǒng)由液壓缸、液壓站、AGC電控系統(tǒng)等組成。
控制原理：將軋制壓力和位移傳感器測(cè)出的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算并得到相應(yīng)的差值，輸入到伺服閥的放大器經(jīng)放大器的作用，再通過(guò)私服系統(tǒng)的壓力控制對(duì)液壓缸位置進(jìn)行控制，達(dá)到厚度自動(dòng)控制的目的。
AGC電控系統(tǒng)由PLC和功能控制模塊以及工控機(jī)組成。
液壓AGC系統(tǒng)的控制內(nèi)容包含：液壓缸位置控制（輥縫位置）、軋制壓力控制、厚度預(yù)控、厚度監(jiān)控、加減速補(bǔ)償勵(lì)、油膜厚度補(bǔ)償?shù)取?/span>
工藝自動(dòng)化級(jí)
工藝自動(dòng)化系統(tǒng)由工控機(jī)實(shí)現(xiàn)模型設(shè)定、模型自適應(yīng) 、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及打印等。具體包含：軋制道次計(jì)算、各道次出口厚度設(shè)定、軋制力預(yù)報(bào)、前后張力設(shè)定、輥縫值設(shè)定、彎輥力設(shè)定、軋制力、輥縫自適應(yīng)、磨性子學(xué)習(xí)等。
工藝控制自動(dòng)化及通過(guò)以太網(wǎng)與基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
低壓供配電系統(tǒng)
包括受電柜、繼電柜等。主要完成軋機(jī)輔助工藝設(shè)備的配電和輔助電源的操作和聯(lián)鎖控制等；直流電機(jī)強(qiáng)迫冷卻風(fēng)機(jī)水冷、壓下系統(tǒng)、直流主傳動(dòng)操作系統(tǒng)等控制。
主操作臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)以下功能
機(jī)組速度給定
左右卷取機(jī)的張力給定
單/聯(lián)動(dòng)選擇
軋制方向選擇
主軋制線傳動(dòng)裝置的主回路合、分閘控制及指示
故障報(bào)警及指示：快停、緊停控制按鈕等
工控機(jī)監(jiān)控顯示器顯示內(nèi)容
機(jī)組線速度值、軋制方向、左右卷取機(jī)張力值、電樞電流、電壓值、磁場(chǎng)電流值、實(shí)際角速度反饋值、帶材入口測(cè)長(zhǎng)度值、帶材出口測(cè)長(zhǎng)度值、入口卷徑值、出口卷徑值、操作側(cè)軋制力值、傳動(dòng)側(cè)軋制力值、電機(jī)溫度值等。齒輪箱、稀油潤(rùn)滑站和軋輥軸承稀油潤(rùn)滑站動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)：如溫度、壓差、壓力、油位、電機(jī)狀態(tài)。
AGC控制模式選擇：位置控制、壓力控制、厚度預(yù)控、厚度監(jiān)控、壓力AGC等。
軋制狀態(tài)顯示：軋制壓力、實(shí)際輥縫、軋制速度、出口帶材厚度、帶材長(zhǎng)度、左右測(cè)厚儀曲線等狀態(tài)。
開(kāi)卷機(jī)對(duì)中系統(tǒng)
由伺服液壓缸、伺服比例閥及放大器、光電傳感器、液壓站等組成。
為了使帶鋼開(kāi)卷后準(zhǔn)確地送入加工生產(chǎn)線，通常要安裝對(duì)中或?qū)吋m偏裝置，對(duì)帶鋼位置的偏差進(jìn)行糾正。
工作原理：采用連續(xù)的閉環(huán)控制，首先通過(guò)光電傳感器測(cè)出帶鋼位置偏差，并將偏差值變成電信號(hào)后輸入到電液伺服系統(tǒng)中，伺服比例閥再根據(jù)信號(hào)大小驅(qū)動(dòng)液壓缸，調(diào)節(jié)在預(yù)先設(shè)定好的位置上，使傳動(dòng)裝置做相應(yīng)的移動(dòng)，這樣帶鋼就可準(zhǔn)確定位于軋制中心線上。
位移傳感器：該直線位移傳感器剛性地連接于油缸的桿端，并在空心活塞桿內(nèi)走完全行程長(zhǎng)度，傳感器活動(dòng)端連接于油缸活塞，當(dāng)活塞延行程運(yùn)動(dòng)時(shí)，該傳感器通過(guò)測(cè)量能確定準(zhǔn)確位置。
光電傳感器：紅外光源發(fā)出高頻光脈沖，通過(guò)半透鏡射出一束平行光，由紅外光敏接收管接收并經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)。當(dāng)光路上有帶材遮擋時(shí)，光信號(hào)的強(qiáng)弱便發(fā)生變化，這個(gè)變化經(jīng)同步介調(diào)和放大后變成電壓/電流信號(hào)輸出。
位置控制
位置控制是AGC控制的基本內(nèi)環(huán)，它與其他AGC模式一起使用。輥縫位置的檢測(cè)有若干種選擇，位移傳感器可安裝在軋機(jī)壓上油缸上，在軋機(jī)的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)油缸分別有兩個(gè)傳感器獲取位置反饋信號(hào)，然后把這兩個(gè)信號(hào)加以平均產(chǎn)生一個(gè)代表中央位置的信號(hào)，這個(gè)平均值和一個(gè)輥縫給定信號(hào)相比較，用兩者的差值來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服閥，調(diào)整壓上或壓下油缸使差值趨于零。
壓力控制
壓力控制是軋機(jī)控制的第二個(gè)基本內(nèi)環(huán)，它也需與其他控制模式一起使用。安裝于壓上或壓下油缸上或管路上的壓力傳感器檢測(cè)油缸內(nèi)的壓力，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到軋機(jī)軋制力反饋信號(hào)，這個(gè)信號(hào)和一個(gè)壓力給定信號(hào)相比較，用兩者的差值來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服閥，調(diào)整壓上或壓下油缸使差值趨于零。系統(tǒng)零點(diǎn)壓靠：軋機(jī)要進(jìn)行正常軋制，首先要找機(jī)械零點(diǎn)。軋機(jī)預(yù)壓靠過(guò)程就是完成機(jī)械零點(diǎn)定位。系統(tǒng)首先給定一預(yù)壓靠力，進(jìn)入壓力控制環(huán)，系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，此時(shí)的位置即零點(diǎn)位置。油缸位移傳感器值即為系統(tǒng)電氣零點(diǎn)。
壓力AGC控制
壓力AGC控制：這種控制被稱為液壓軋機(jī)的可變剛性。壓力AGC控制可以有效地增加軋機(jī)剛性，使軋機(jī)的等效剛性遠(yuǎn)大于軋機(jī)的自然剛性。在軋制過(guò)程中，控制系統(tǒng)分別檢測(cè)軋機(jī)的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的軋制壓力，根據(jù)軋機(jī)的剛性曲線，計(jì)算出軋制力所引起的機(jī)架拉伸，相對(duì)于預(yù)計(jì)機(jī)架拉伸的任何變化被送入輥縫控制環(huán)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。如果上述變化被完全補(bǔ)償，即100%補(bǔ)償，則軋機(jī)將呈現(xiàn)一無(wú)限大剛性，軋輥輥縫將不受來(lái)料厚度和硬度的影響，可以產(chǎn)生恒定的出口厚度。但是，100%的軋機(jī)剛性補(bǔ)償會(huì)使支承輥偏心完全反映在帶材上，影響軋制精度。實(shí)際工作中，補(bǔ)償?shù)陌俜直刃枰{(diào)整已獲得更佳的軋機(jī)性能。
厚度監(jiān)控
測(cè)厚儀對(duì)出口進(jìn)行厚度測(cè)量形成的厚度閉環(huán)控制，采用出口導(dǎo)向輥編碼器測(cè)量出口帶材。
移動(dòng)速度進(jìn)行定長(zhǎng)厚度閉環(huán)控制算法。
厚度預(yù)控控制
常規(guī)的寄存器移位FIFO厚度預(yù)控，采用由軋制方向決定入口移動(dòng)位置的中斷控制方式。
控制輸出的提前量考慮了壓下系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。
