棒材生产的自动控制Word文档格式.docx
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随着棒材连轧工艺的完善,所轧制的坯料尺寸及重量加大,要求剪切热倍尺上冷床也要实现连续性,从而包括其他一些连续性生产过程在内,使得连轧棒材生产的加热、轧制及后部精整剪切、包装等生产过程全部实现了连续化。
人本身很难在较短的时间内完成各个连续性的生产环节,而计算机自动控制过程解决了这一难点,使连续化生产得以实现,从而大大提高了生产效率,提高了轧钢车间的机时产量,使得生产规模越来越大。
(2)轧制速度不断提高。
轧制过程的连续化为轧制速度的提高创造了条件,机加工的精度的提高也为连续高速度生产创造了机械条件。
目前传统工艺棒材生产轧制速度达20m/s左右,高速棒材生产速度突破了40m/s,大大超过了老式轧机的轧制速度,这样对轧件在线跟踪控制提出了更高的要求,而计算机快速反应及高灵敏度的跟踪控制恰恰满足了这一点。
(3)能够减少误轧次数。
在一般轧制情况下当出现误轧时,清楚废钢或检修维护设备要花费很多时间,造成经济损失。
由于计算机控制系统能够按照事先编制好的程序迅速的进行规范严密的工作,可以避免或显著减少误轧次数,即使出现了误轧,计算机诊断系统也可协助操作人员快速对误轧原因(包括工艺及设备故障)作出准确判断,及时解决存在问题。
这些控制系统将大大提高轧机的作业率。
(4)可实现多品种范围内的尺寸变更。
由于市场所需,棒材生产必须适应小批量、多品种规格的需要,这样轧件尺寸、工艺参数等要经常性的进行变更。
就手动控制而言,需要花费相当长的时间才能给定其给定值,而计算机控制系统,可通过调换轧制程序来实现这一变动,大大缩短了更换品种所用时间,并且可满足多品种变化的需要。
(5)能对钢坯加热温度进行均匀控制。
加热炉的燃烧计算机自动控制系统可以使钢坯的通条温度、表面上下温度差在30℃以内。
这样可控制整根轧件的温度,从而为建立最佳连轧速度关系打下基础。
(6)能显著提高轧件的尺寸精度。
在连轧小规格棒材时,采用计算机微张力控制系统以及活套无张力控制系统,可保证整根轧件尺寸的一致性,从而可以大大提高产品的尺寸精度。
11.3自动控制系统
11.3.1自动控制系统的构成
自动控制系统主要是由三部分组成,即计算机系统、电气驱动系统和可靠性高的检测元件。
计算机系统是自动控制系统的大脑,是完成自动控制系统的指挥系统,它通过参数设定、现场采集到的数据及信号,以及计算和逻辑判断来指挥驱动系统,完成生产工艺的具体操作。
电气驱动系统主要完成执行计算机发出的各项指令,用来驱动设备执行机构如轧机,同时系统具有自动调节和自动保护功能。
电气驱动系统可分为模拟控制系统和数字控制系统。
按控制对象来分,它又可分成交流调速系统和直流调速系统两种,特别是直流调速系统至今仍广泛应用在轧钢系统中,因为它具有良好的起动和制动功能,宜于在范围内平滑调速,但是当今世界由于交流异步电机结构简单、价格便宜、制造方便、维护容易,交流调速越来越被广泛应用到各个领域。
检测元件是自动控制系统的“眼睛”,检测元件通过电或机械的方法在无人干预的情况下给出被测量的数值或信号。
在棒材生产中检测元件一般有热金属探测器、活套扫描器、光电开关、编码器、压力传感器等几种形式。
热金属检测器是一种把高温放出的红外线用光学原理采集,并将它转变成电信号的装置。
它在轧制过程中探测轧件“有”或“无”,是一个开关量检测元件。
它一般用于探测跟踪从加热炉出口到冷床入口的轧件。
活套扫描器是一种用于探测活套量大小的探测器,它是利用光电扫描脉冲相位比较的原理来实现对活套量大小的检测。
活套扫描器具有上述探测模拟量信号功能外,还具有开关量的功能,即具有热金属探测器检测轧件“有”或“无”的功能。
活套扫描器安装在轧机活套区,它与计算机、轧机驱动系统构成活套无张力控制系统。
编码器是利用光栅与光电管来完成光电转换,从而检测连接设备的转数,实现设备的速度测定和位置测定。
在棒材生产中,编码器主要用于电机速度检测和飞剪剪刃位置的控制以及物料行走距离的控制。
对于一般不能发出红外线的冷金属,用光电开关来检测。
光电开关是靠物体对光的遮挡或反射,通过光电转换的方式来判断冷金属的“有”或“无”,它的检测信号是开关量,一般用来检测、跟踪加热炉及精整区的冷钢坯和冷轧件(倍尺、定尺)。
非接触式测温仪(高温计)是利用红钢产生的红外线辐射量的大小与温度成正比例这一热学原理来检测轧件温度。
它安装在轧机区、水冷段、及冷床入口,以实现对轧件温度控制轧制。
其它检测元件如限位开关、压力开关、流量开关、温度开关等也属于自动控制系统的检测元件,它们与计算机构成了对机电设备运行进行控制的控制系统。
11.3.2自动调速系统的构成
数字控制系统
自动调速是指给定量确认以后,控制对象按照一定的曲线或模式在一定的时间内达到与给定量相匹配的结果。
按照拖动电机的类型来分,自动调速系统有直流调速系统和交流调速系统两大类;
按控制方式可分解成如图11-1所示的形式。
图11-1自动调速系统构成示意图
11.3.3动态当量和静态速降
轧钢系统随着速度的升高,对系统的静态速降和动态当量要求也随之提高,因动态、静态参数对轧材质量影响较大,较高的动、静态参数能比较顺利的调整出合格的产品,可大大减少人为因素对产品质量的影响。
静态速降是指系统在满负荷运动时的速度差,对于轧钢系统一般不高于1%,如图11-2所示。
静态速降主要取决于系统控制参数,模拟系统一般比较高,大约在0.6%~1%之间,全数字系统可达到0.1%。
动态当量是控制系统的一个综合指标,它表示调节时间和动态速降所形成的面积。
轧钢系统当量一般在0.25%以下,如图11-3所示。
Δt
<
1%n
(n)
Δn
n,I
n,τ
(I)
(τ)
t
图11-3动态当量示意图
图11-2静态速降示意图
一般动态当量的近似计算公式为:
η=½
∆n×
∆t
式中η——动态当量;
∆n——冲击速降;
∆t——调节时间。
11.3.4速度调节和速度变化
对于速度控制系统必须明确两个概念:
一是速度变化,另一个是速度调节。
速度变化是指由于负载变化而引起的速度变化,如图10-4所示。
速度变化为:
∆n1=nA2-nB2
速度调节是指在负载不变的情况下,通过改变机械特性而引起的速度变化,如图11-5所示。
速度调节量为:
∆n2=nA2-nB2
A1
Δn1
Δn2
B1
n
I1
I2
I
图11-5速度调节示意图
图11-4速度变化示意图
11.4棒材生产控制系统
11.4.1计算机形式的选择
在选择计算机时,首先分析计算机要完成什么功能,在实现这些功能时,是否便于维护和维修。
如对于轧钢系统,它要求从上料、加热、轧制、打包到收集连续化作业,同时为了保证及时有效的操作和速度调节的响应,对计算机处理信号也有比较高的要求。
从目前的应用情况来看,控制系统可分为两种类型,一是离散系统,二是集中系统。
从发展的角度来看,越来越多的生产厂和制造商看好离散系统,因为它便于维修、调试和编程,它可以把多种功能分离控制,同时又可把分散控制的功能进行同时管理,并且大大提高了局部数据的处理速度。
图11-6是棒材厂常用的计算机控制系统示意图。
MM2000
DLAN+
I/O
图11-6棒材厂控制系统示意图
液压控制系统
精整控制系统
飞剪控制系统
轧机控制系统
加热炉控制系统
11.4.2传动控制系统的选择
在实际生产过程中,传动控制系统常处于外来干扰的影响作用下,要使它稳定下来,须克服外来干扰的影响而进行自动控制。
判定一个控制系统的好坏,除了要看其静态误差之外,还要看它的动态品质,这是极为重要的,实际上传动控制系统就是解决这些问题。
轧钢系统在选择传动控制系统时,不但要考虑其静态误差和动态品质的好坏,同时还要考虑如何利用不同轧区间对速度影响的不同要求。
在选择粗轧、中轧机组控制系统时,考虑到粗、中轧轧制时间长、轧件断面大,在满足系统静态误差时,可放宽动态品质的要求。
由于可以把粗、中轧机组的传动系统选择为电枢不可逆、励磁可逆的控制系统,这样可降低备件量和维修量,同时满足生产要求。
在选择精轧机控制系统时,由于它控制时间短,要求响应快,否则将严重影响产品质量。
这不但对静态误差有较高要求,对动态品质要求也很高。
因此我们可以将其控制系统选择为电枢可逆系统,减少其制动时间。
同时在轧钢系统中,除对速度和电流控制有一定的要求外,它对张力控制、活套控制、级联控制要求也很高。
为了完善微张力控制和无张力控制,在选择传动控制系统时,即要考虑到模拟量的控制,又要照顾到开关量的控制;
既要考虑到速度量的控制,又要完成位置量的控制。
由此我们可以将其控制系统选择为智能全数字传动系统。
11.4.3电机的选择
直流电机具有良好的起、制动性能,易于在大范围内平滑调速。
交流电机结构简单,价格便宜,维护工作量小,因此在交流电机能满足生产的条件下一般采用交流电机,仅在起制动和调速等方面不能满足要求时才考虑使用直流电机。
近年来随着电子技术的发展,交流调速装置的性能和成本已能和直流调速装置竞争,越来越多的直流调速领域被交流调速占领。
在选择电机时,除了满足技术要求外,以下几点也要特别引起注意,因为它仍然对投产后设备运行好坏有直接影响:
(1)维护维修。
当设备选型之后,在选择电机时,能用交流电机就不能使用直流电机,以使维护维修方便。
(2)成本费用。
交流调速用交流调速装置比直流调速用直流装置价格要贵,因为交流调速装置是按照电机的电压电流的峰值选择主器件,当三相电流中某一相电流处于峰值时,另两相的电流只有一半,器件得不到充分利用,但交流电机比直流电机便宜,可以补充变频装置,增加成本。
如果交流变频装置的成本接近于直流整流装置的成本,那么越来越多的领域就可以使用交流电机来取代直流电机。
实际上,现在建设的棒材厂,较多的选择了交流电机,特别是由外商承包的控制系统,因其交流变频装置价格合理,一般选用交流电机。
(3)冷却方式的选择。
无论采用直流电机还是交流电机,在不同的工作环境下,应采用不同的通风方式。
在环境温度高、灰尘多的地方应采用水冷方式,其特点是冷却效果好,但投资大;
在环境温度较低、灰尘少的地方多采用风冷,其特点是投资少、维修方便。
(4)电机功率、电机转数与轧制速度及齿轮速比的选择。
一个好的连轧孔型设计、除了要考虑好与孔型设计本身有关的参数外,还要根据孔型设计来选定好有
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