一种板带处理线张紧辊控制装置及张力控制的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种板带处理线张紧辊控制装置及张力控制的方法，属于冶金行业板带处理线上张紧辊的张力控制领域。该装置包括张紧辊组、辅辊变频器和主辊变频器，还包括辅辊速度编码器、主辊速度编码器、负荷分配器、张力调节器、前馈补偿单元和张力计；所述的负荷分配器的两端分别与辅辊变频器和主辊变频器相连；所述的辅辊变频器包括辅辊转速控制单元和辅辊转矩控制单元；所述的主辊变频器包括主辊转速控制单元和主辊转矩控制单元。该装置具有控制响应速度快和控制精度高的优点。该装置的控制方法包括A）张紧辊主从负荷分配；B）张紧辊张力复合控制；C）动态补偿。该方法具有转矩环稳态误差小，抗扰动的恢复时间短，转速恒定，抗干扰性能好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金行业板带处理线上张紧辊的张力控制领域，具体地说，本专利技术涉及，更为具体地说，涉及一种提高控制精度，保证生产线板带处理的品质、效率及可靠性的板带处理线上张紧辊张力控制装置及张力控制的方法。
技术介绍
板带处理质量的优劣主要由板厚和板形来衡量，而板厚和板形在很大程度上取决于张力控制，适当的带钢张力是保证板带处理过程正常运行的条件和提高产品质量的关键。从其工艺流程来看，在板带处理机组中，带钢是带张力运行的。运行过程中，机组的张力必须保持在适当的范围内，并足够稳定地运行在恒张力状态，这样才能保证机组生产稳定。若带钢张力过大，带钢上会被拉出皱纹，甚至引起断带事故；若张力太小，会造成收卷不齐，带钢不能正常运行。生产线带钢张力的控制是通过对各个张力装置进行调节来实现的。张力装置包括张紧辊、开卷机和卷取机电机、活套电机等。在自动化程度较高的现代板带处理机组上，带钢张力则主要是辊式张紧装置，即通过张紧辊装置来实现控制、调节。张紧辊传动装置用于将两个不同生产工艺要求的机械通过工件(材料)连接在一起，形成具有连续生产作业功能的自动化生产线。它由两组或更多的张紧辊传动机构组成，通常一组张紧辊传动在机构上具有前、后两个辊子，材料从两个辊子之间穿过，而两个辊子又具有各自独立的传动电机和完整的双闭环速度控制系统。由于辊与辊间材料的存在，因而要求两辊传动的电气系统应该具有电气同步，以维持在控制过程中，两辊间的材料不受前后方向上的拉力，达到入口和出口的线速度一致。而这两台电机在机械上和电气上又没有直接联系，只是两个辊子通过负载发生耦合，因此张紧辊的控制是一个复杂的多点传动控制。目前工程上张紧辊有各式各样的张力控制方案，它们各有优缺点。根据执行器的不同，张力控制分为4种磁粉制动离合器方式、气动制动离合器方式，电机驱动方式及电液比例控制技术。但是不管磁粉制动是手动还是自动方式均是通过直接控制转动力矩，间接控制张力，而力矩的控制又是通过设定张力控制器电流来实现的。中国专利申请号200910113834. 2，公开了一份名称为张力控制系统的专利文件，该专利技术公开了一种张力控制系统，它包括主动辊、从动辊、张力调节装置，其特征是在从薄膜某位置的张力传感器，到张力变送器，到卷绕专用变频器，到电机，再到主动辊，到一组从动辊，又到薄膜上该位置的张力传感器组成的闭环式全自动张力控制系统中，从薄膜的张力传感器，到张力变送器，到卷绕专用变频器，是通过信号线连接，卷绕专用变频器到电机是通过电缆线连接，电机直接连接主动辊，主动辊与从动辊之间为链轮连接。该专利技术采用变频卷绕控制传动技术，克服了旧式传动方式的缺陷和不足，生产线各位置的张力能直观显示，全线的整体张力可以调节。该系统一般用于低、中档设备上。但由于力矩特性的非线性及磨损大的因素。也逐渐被大容量磁粉制动器所取代。但是磁粉制动器/离合器的可靠性差，发热大，故障率高，维护成本也比较大(需要经常更换磁粉)。电机驱动方式一般通过控制异步电机的磁场强度来控制电机的转速，即所谓的矢量变频控制。也有采用直流电机控制方式或伺服电机控制方式的，其原理是把其中某一电机作为系统中的主电机，通过设定主电机转速来使其他电机对主电机进行跟随，跟随过程中如张力发生变化，则电位器或传感器的反馈信号就会传至张力控制中心，控制中心再发出指令对电机转速作出适当调整，从而达到张力调整的目的。采用电机控制方式的优点是各驱动辊直径不必完全一致，匹配灵活，控制精度高，代表了张力控制的发展方向。此方式在冶金行业中应用比较广泛。电液比例控制技术通过调节液压马达进出口压差，控制其输出扭矩，在完成卷绕机构收放过程中，对线或织物的张力控制的方法是可行有效的。电液张力控制系统中因系统的阻尼比较小容易引起的系统不稳定等问题，可以通过增加机械结构的阻尼器或者通过控制程序中PID校正环节进行补偿等方法加以解决，提高系统的稳定性与控制精度。根据是否有张力反馈来看，张力控制又可以分为直接张力控制和间接张力控制。目前，直接和间接张力控制在冶金行业中应用比较广泛。直接张力控制是指由张力传感器直接检测张力信号，反馈到控制器中构成张力闭环。这是目前常用的张力控制方法，它的张力控制精度较高，在轧机中得到广泛应用。但由于其电气设备复杂，电气调速单元要求响应较快，系统容易振荡，价格高等原因，很少应用在对张力控制精度不太高的场合。由于直接张力控制中存在张力传感器成本高、非线形等问题，且一些条件恶劣的场合无法安装张力传感器，给控制带来很大的难度。随着异步电机矢量控制理论上的不断成熟，罗克韦尔、西门子等公司分别开发出了矢量型变频器，一种新型的张力控制方式一间接张力控制也随之产生。间接张力控制实际上是张力开环控制，由生产工艺的要求计算出所需要的张力值，再以力矩的形式传入变频器，由变频器控制传动电机输出相应的力矩。该方法控制简单，在成本上有很大的优势，但需要动态和静态补偿，且调试复杂。鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有良好可操作性，高稳定性和耐久性的张紧辊张力复合控制方法。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有直接张力控制存在着成本高、控制难度大、稳定性差；间接张力控制调试困难、控制精度低的问题，本专利技术提供，该方法及装置具有可操作性好，稳定性高和耐久性好的优点。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术通过以下技术方案来实现。一种板带处理线上张紧辊张力控制装置，包括张紧辊组、辅辊变频器和主辊变频器；所述的张紧辊组包括辅辊和主辊；所述的辅辊与辅辊电机相连，主辊与主辊电机相连；还包括辅辊速度编码器、主辊速度编码器和负荷分配器，所述的辅辊速度编码器与辅辊电机相连；所述的辅辊变频器与辅辊电机和辅辊速度编码器相连；所述的主辊速度编码器与主辊电机相连；所述的主辊变频器与主辊电机和主辊速度编码器相连；所述的负荷分配器的两端分别与辅辊变频器和主辊变频器相连；所述的辅辊变频器包括辅辊转速控制单元和辅辊转矩控制单元；所述的辅辊转矩控制单元包括辅辊矢量运算单元和辅辊PWM逆变单元；所述的主辊变频器包括主辊转速控制单元和主辊转矩控制单元，所述的主辊转矩控制单元包括主辊矢量运算单元和主辊PWM逆变单元。负荷分配器，通过辅辊变频器和主辊变频器端口控制，在PLC上扩展A/D模块，采集电机电流，经过PLC运算，完成负荷分配。还包括张力调节器、前馈补偿单元和张力计，所述的张力计位于张紧辊组上；张力调节器分别与辅辊变频器和主辊变频器相连；所述的前馈补偿单元与辅辊变频器相连。前馈补偿单元，在PLC中计算出张紧辊加减速时所需的动态力矩和因摩擦损耗的静态力矩，作为辅辊转矩控制单元的设定值的一部分。所述的负荷分配器与辅辊变频器的连接为连接在辅辊变频器的辅辊转速控制单元和辅辊转矩控制单元之间的连接线上；所述的负荷分配器与主辊变频器的连接是连接在主辊变频器的主辊转速控制单元和主辊转矩控制单元之间的连接线上。所述的前馈补偿单元连接在辅辊变频器的辅辊转速控制单元和辅辊转矩控制单元之间的连接线上；所述的张力调节器的一端同时与辅辊转速控制单元和主辊转速控制单元相连。所述的张力调节器采用模糊神经网络自适应PID控制器。采用神经网络与模糊逻辑相结合的方式，构造一种模糊神经网络自适应PID控制器，该控制器具有改进学习本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种板带处理线上张紧辊张力控制装置，包括张紧辊组（20）、辅辊变频器（15）和主辊变频器（16）；所述的张紧辊组（20）包括辅辊和主辊；所述的辅辊与辅辊电机相连，主辊与主辊电机相连，其特征在于，还包括辅辊速度编码器（3）、主辊速度编码器（6）和负荷分配器（7），所述的辅辊速度编码器（3）与辅辊电机相连；所述的辅辊变频器（15）与辅辊电机和辅辊速度编码器（3）相连；所述的主辊速度编码器（6）与主辊电机相连；所述的主辊变频器（16）与主辊电机和主辊速度编码器（6）相连；所述的负荷分配器（7）的两端分别与辅辊变频器（15）和主辊变频器（16）相连；所述的辅辊变频器（15）包括辅辊转速控制单元（1）和辅辊转矩控制单元（2）；所述的辅辊转矩控制单元（2）包括辅辊矢量运算单元（11）和辅辊PWM逆变单元（12）；所述的主辊变频器（16）包括主辊转速控制单元（4）和主辊转矩控制单元（5），所述的主辊转矩控制单元（5）包括主辊矢量运算单元（13）和主辊PWM逆变单元（14）。

【技术特征摘要】
1.一种板带处理线上张紧辊张力控制装置，包括张紧辊组(20)、辅辊变频器(15)和主辊变频器(16);所述的张紧辊组(20)包括辅辊和主辊；所述的辅辊与辅辊电机相连，主辊与主辊电机相连，其特征在于，还包括辅辊速度编码器(3)、主辊速度编码器(6)和负荷分配器(7)，所述的辅辊速度编码器(3)与辅辊电机相连；所述的辅辊变频器(15)与辅辊电机和辅辊速度编码器(3)相连；所述的主辊速度编码器(6)与主辊电机相连；所述的主辊变频器(16)与主辊电机和主辊速度编码器(6)相连；所述的负荷分配器(7)的两端分别与辅辊变频器(15)和主辊变频器(16)相连； 所述的辅辊变频器(15)包括辅辊转速控制单元(I)和辅辊转矩控制单元(2);所述的辅辊转矩控制单元(2 )包括辅辊矢量运算单元(11)和辅辊PWM逆变单元(12 );所述的主辊变频器(16)包括主辊转速控制单元(4)和主辊转矩控制单元(5)，所述的主辊转矩控制单元(5)包括主辊矢量运算单元(13)和主辊PWM逆变单元(14)。2.根据权利要求1所述的一种板带处理线上张紧辊张力控制装置，其特征在于，还包括张力调节器(9)、前馈补偿单元(10)和张力计，所述的张力计位于张紧辊组(20)上；所述的张力调节器(9)分别与辅辊变频器(15)和主辊变频器(16)相连；所述的前馈补偿单元(10)与辅辊变频器(15)相连。3.根据权利要求1或2所述的一种板带处理线上张紧辊张力控制装置，其特征在于，所述的负荷分配器(7)与辅辊变频器(15)的连接为连接在辅辊变频器(15)的辅辊转速控制单元(I)和辅辊转矩控制单元(2)之间的连接线上；所述的负荷分配器(7)与主辊变频器(16)的连接是连接在主辊变频器(16)的主辊转速控制单元(4)和主辊转矩控制单元(5)之间的连接线上。4.根据权利要求2所述的一种板带处理线上张紧辊张力控制装置，其特征在于，所述的前馈补偿单元(10)连接在辅辊变频器(15)的辅辊转速控制单元(I)和辅辊转矩控制单元(2)之间的连接线上；所述的张力调节器(9)的一端同时与辅辊转速控制单元(I)和主辊转速控制单元(4)相连。5.根据权利要求2或4所述的一种板带处理线上张紧辊张力控制装置，其特征在于，所述张力调节器(9)采用模糊神经网络自适应PID控制器。6.一种板带处理线上张紧辊张力控制的方法，包含如下步骤: A)张紧辊主从负荷分配:选取张紧辊控制系统中控制主辊和辅辊的两台变频电机，一台变频电机为主传动，控制主辊，定义为主辊电机，主辊电机使用速度转矩双闭环控制，通过矢量变频器，使整个张紧辊控...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙蓉琳，曹烈，
申请(专利权)人：安徽马钢工程技术有限公司，
类型：发明
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