冷軋機組電氣傳動系統(tǒng)
冷軋機組設備
冷軋機組設備適用于冶金行業(yè)。一般用于軋制成品為1mm以下不同規(guī)格的薄帶鋼。對于可逆冷軋機組設備，它由主軋機、左右卷取機、壓下及輔助設備等組成。主軋機兩側各有一臺卷取機，壓下為電動或液壓壓下，分別通過對壓下螺絲桿的位置移動控制或通過對液壓伺服閥對輥逢開口度控制，達到厚度控制的目的。軋制時，主軋機按設定厚度進行軋制，兩臺卷取機交替地分別工作在卷取和開卷狀態(tài)，在整個軋制過程中始終保持一定的工藝張力，確保所軋制的鋼卷質量。
冷軋機組電氣傳動自動化系統(tǒng)成套電控裝置
冷軋機組電氣傳動的恒張力控制，由電氣傳動和自動化控制系統(tǒng)成套電控裝置完成。該裝置原則上是根據(jù)用戶和工藝要求進行設計和配置相應的硬件、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)的原理設計、程序設計、柜體成套、現(xiàn)場調試等。該裝置包含主軋線控制、壓下控制、自動化基礎工藝控制。主軋線控制由主軋機，左、右卷取機實現(xiàn)，壓下控制由電動壓下或液壓壓下實現(xiàn)，自動化控制由基礎自動化和工藝控制自動化系統(tǒng)實現(xiàn)。
裝置性能
驅動器主回路輸入電壓：220V±10%-690V ±10%
推薦最大直流電機電壓：電樞電壓=1.15×電源電壓（CT驅動器略有改變）
主軋機穩(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：穩(wěn)態(tài)厚度控制精度＜±1.0%，動態(tài)厚度控制精度＜±2.0%
成品厚度≤0.3mm時：穩(wěn)態(tài)厚度控制精度＜±1.5%，動態(tài)厚度控制精度＜±2.0%
安裝高度：海拔高度小于或等于1000m時，按100%負載選擇驅動器；海拔高度大于1000m時，每升高100m，驅動器額定電流須降容使用，按100%負載時的驅動器減少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，驅動器的額定電流需減少1.5%，最高達到55度
允許的溫度等級：空氣相對濕度小于85%，不允許出現(xiàn)凝露
裝置特點和功能
根據(jù)用戶和工藝要求，可配置電控柜和操作臺。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
傳動裝置的驅動器可根據(jù)用戶投資能力選擇品牌，有進口的全數(shù)字直流驅動器和小拖大驅動器（調節(jié)回路選用進口驅動器主板、功率器件選用國產(chǎn)可控硅）。進口驅動器成本相對較高，但性能更穩(wěn)定。進口的有ABB、西門子、Nidec CT等公司的全數(shù)字直流驅動器；小拖大驅動器為我公司自行研發(fā)的功率柜和ABB、CT、西門子驅動器拆板組成電樞整流器
具有光電編碼器、測速發(fā)電機和電樞電壓反饋等功能。有足夠的過載能力，有較硬的機械特性等
通過自動優(yōu)化功能的運行使傳動系統(tǒng)在整個調速范圍內(nèi)達到較高的速度控制精度
完善的多級保護。如過流、過壓、超速、欠磁、相序及丟相檢測等
PID快速平滑的起、制動功能
以微處理器為核心
系統(tǒng)控制策略
直流驅動器
直流驅動器是傳動裝置的核心設備，主要作用對直流電動機的速度進行控制。在選擇驅動器時要注意兩個方面，一是驅動器的品牌，它直接涉及到傳動裝置的價格和性能；二是驅動器容量的選擇。驅動器品牌有進口原裝的全數(shù)字直流驅動器裝置和小拖大整流裝置（電樞整流回路采用國產(chǎn)可控硅，調節(jié)回路采用進口驅動器進行拆板控制）。進口原裝的全數(shù)字直流驅動器有ABB、西門子、Nidec CT等。
驅動器容量的確定：驅動器輸出的額定電流和最大過載電流需大于直流電機的額定電流和允許過載電流，驅動器的輸出直流電壓需大于電動機的所需的電樞電壓的原則進行選擇驅動器。
不論是進口還是小拖大驅動器，它們都有相同的調節(jié)回路，即三相全控橋直接反并聯(lián)，邏輯無環(huán)流，非獨立弱磁控制模式。以微處理器為核心的四象限控制；電流自適應功能；多種反饋接口；具有較好的動態(tài)品質和加減速的線性度；菜單驅動的參數(shù)結構；通過用戶自定義的菜單，可快速訪問常用的參數(shù)；多級電子保護功能等。
整流變壓器
整流變壓器的種類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，價格較干式整流變壓器便宜，但體積較大，安裝時要考慮增設防火措施等；干式整流變壓器安裝在室內(nèi)，體積較小，但價格較油浸式變壓器貴，適用于容量較小的設備。
一般情況軋制線可采用兩臺整流變壓器，主軋機使用一臺；左右卷取機共用一臺。
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)。
主軋制線傳動裝置
主軋機、左右卷取機、開卷機的直流驅動器它們都有相同的控制原理。即：邏輯無環(huán)流控制方式。不同的是主回路、勵磁回路的功率需按電機功率的大小配置相應的驅動器。
主回路由變壓器、進線開關、接觸器、直流驅動器以及相應的保護器件組成。
勵磁回路由供電和勵磁調節(jié)環(huán)節(jié)組成。
控制回路式傳動系統(tǒng)與其他輔助設備連鎖的控制環(huán)節(jié)。
卷取機張力控制
在生產(chǎn)過程中主軋機與左右卷取機之間需維持一定的恒張力進行軋制。根據(jù)控制特性，左右卷取機始終交替工作在“電動”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)。卷取機在軋制過程中經(jīng)常在弱磁狀態(tài)。為了充分合理地利用電機功率，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)點是：能充分合理地利用電機功率。無論卷徑大小，基速以下電動機滿磁工作，基速以上電動機弱磁工作。電動機力矩能得到最大的發(fā)揮。
具體表現(xiàn)在
1、電動機的弱磁倍數(shù)與卷徑D無關。
2、基速以下電動機在滿磁下運行，起、制動時的過渡過程加快，而且還可以輸出最大力矩，增大過載能力。
3、電動機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、電動機在起制動時，卷取機引起的無功沖擊負荷較小。此時電動機處于滿磁狀態(tài)，減小了電流沖擊和線路損耗，且運行電壓高，功率因數(shù)好；高速時電動機在全壓下運行，功率因數(shù)更高，故無功沖擊負荷較小。
5、電流閉環(huán)同電機激磁閉環(huán)各自獨立。
為了計算卷徑D，線速度V取自于導向輥的光碼盤的信號，n角速度（卷取機反饋信號）取自于卷取機的光碼盤信號。卷徑、張力力矩、動態(tài)力矩的計算由功能模塊完成。
勵磁回路
勵磁模塊有固定勵磁和可控勵磁兩種工作方式，具體的工作模式由工藝要求而定。固定磁場工作狀態(tài)時，勵磁電流為額定值；可控勵磁工作狀態(tài)時，自動調節(jié)勵磁電流大小能控制電機的速度，即基速以下為額定勵磁且工作在恒轉矩狀態(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裝置各種設備正常運行時的邏輯控制、聯(lián)鎖以及保護措施控制等。主軋機、左右卷取機以及壓下的起?？刂?；單動正反向點動；聯(lián)動正反運行、邏輯控制、聯(lián)鎖控制以及故障保護控制等。
液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、油霧潤滑系統(tǒng)、風冷冷卻系統(tǒng)等輔助設備的起/停。
傳動系統(tǒng)的各種故障保護功能如：斷帶保護，當張力消失時，控制系統(tǒng)全線自動停車。速度限幅、超速保護、緊急停車、缺相、失磁、欠電壓、過電壓、測速機反饋等故障監(jiān)視及邏輯控制等。
電動壓下
當壓下裝置為直流電機驅動時，需配置直流驅動器。當壓下裝置為交流電機驅動時，需配置交流驅動器。不論是直流驅動器或是變頻器控制，它們都是通過交直流電機對壓下絲桿的直線位移位置控制。
為了保證壓下控制進度，壓下到位時要求慢速壓下控制、抬輥時要求快速提升，因此要求系統(tǒng)響應快、低速精度要求高、過載能力強等特性。
壓下應具有單臺/多臺電機的同步運行控制功能。
基礎自動化級
基礎自動化級由PLC、功能模塊、觸摸屏及保護器件等組成。主要完成傳動控制、張力控制、AGC、速度控制和各種遠程I/O等。通過現(xiàn)場總線與各驅動器、遠程I/O等通訊，進行交、直流電機和各種開關量的控制。實現(xiàn)主扎線和壓下以及公用液壓站等輔助設備進行控制。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出的信號進行運算并得到相應的差值，輸入到伺服閥的放大器經(jīng)放大器的作用，再通過私服系統(tǒng)的壓力控制對液壓缸位置進行控制，達到厚度自動控制的目的。
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、厚度預控、厚度監(jiān)控、加減速補償勵、油膜厚度補償?shù)取?/span>
工藝自動化級
工藝自動化系統(tǒng)由工控機實現(xiàn)模型設定、模型自適應 、歷史數(shù)據(jù)存儲及打印等。具體包含：軋制道次計算、各道次出口厚度設定、軋制力預報、前后張力設定、輥縫值設定、彎輥力設定、軋制力、輥縫自適應、磨性子學習等。
工藝控制自動化及通過以太網(wǎng)與基礎自動化系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。
低壓供配電系統(tǒng)
包括受電柜、繼電柜等。主要完成軋機輔助工藝設備的配電和輔助電源的操作和聯(lián)鎖控制等；直流電機強迫冷卻風機水冷、壓下系統(tǒng)、直流主傳動操作系統(tǒng)等控制。
主操作臺主要實現(xiàn)以下功能
機組速度給定
左右卷取機的張力給定
單/聯(lián)動選擇
軋制方向選擇
主軋制線傳動裝置的主回路合、分閘控制及指示
故障報警及指示：快停、緊停控制按鈕等
工控機監(jiān)控顯示器顯示內(nèi)容
機組線速度值、軋制方向、左右卷取機張力值、電樞電流、電壓值、磁場電流值、實際角速度反饋值、帶材入口測長度值、帶材出口測長度值、入口卷徑值、出口卷徑值、操作側軋制力值、傳動側軋制力值、電機溫度值等。齒輪箱、稀油潤滑站和軋輥軸承稀油潤滑站動態(tài)數(shù)據(jù)：如溫度、壓差、壓力、油位、電機狀態(tài)。
AGC控制模式選擇：位置控制、壓力控制、厚度預控、厚度監(jiān)控、壓力AGC等。
軋制狀態(tài)顯示：軋制壓力、實際輥縫、軋制速度、出口帶材厚度、帶材長度、左右測厚儀曲線等狀態(tài)。
開卷機對中系統(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。
為了使帶鋼開卷后準確地送入加工生產(chǎn)線，通常要安裝對中或對邊糾偏裝置，對帶鋼位置的偏差進行糾正。
工作原理：采用連續(xù)的閉環(huán)控制，首先通過光電傳感器測出帶鋼位置偏差，并將偏差值變成電信號后輸入到電液伺服系統(tǒng)中，伺服比例閥再根據(jù)信號大小驅動液壓缸，調節(jié)在預先設定好的位置上，使傳動裝置做相應的移動，這樣帶鋼就可準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)走完全行程長度，傳感器活動端連接于油缸活塞，當活塞延行程運動時，該傳感器通過測量能確定準確位置。
光電傳感器：紅外光源發(fā)出高頻光脈沖，通過半透鏡射出一束平行光，由紅外光敏接收管接收并經(jīng)過信號放大器轉變成電脈沖信號。當光路上有帶材遮擋時，光信號的強弱便發(fā)生變化，這個變化經(jīng)同步介調和放大后變成電壓/電流信號輸出。
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。輥縫位置的檢測有若干種選擇，位移傳感器可安裝在軋機壓上油缸上，在軋機的操作側和傳動側油缸分別有兩個傳感器獲取位置反饋信號，然后把這兩個信號加以平均產(chǎn)生一個代表中央位置的信號，這個平均值和一個輥縫給定信號相比較，用兩者的差值來驅動伺服閥，調整壓上或壓下油缸使差值趨于零。
壓力控制
壓力控制是軋機控制的第二個基本內(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油缸內(nèi)的壓力，經(jīng)轉換得到軋機軋制力反饋信號，這個信號和一個壓力給定信號相比較，用兩者的差值來驅動伺服閥，調整壓上或壓下油缸使差值趨于零。系統(tǒng)零點壓靠：軋機要進行正常軋制，首先要找機械零點。軋機預壓靠過程就是完成機械零點定位。系統(tǒng)首先給定一預壓靠力，進入壓力控制環(huán)，系統(tǒng)達到設定壓力時，此時的位置即零點位置。油缸位移傳感器值即為系統(tǒng)電氣零點。
壓力AGC控制
壓力AGC控制：這種控制被稱為液壓軋機的可變剛性。壓力AGC控制可以有效地增加軋機剛性，使軋機的等效剛性遠大于軋機的自然剛性。在軋制過程中，控制系統(tǒng)分別檢測軋機的操作側和傳動側的軋制壓力，根據(jù)軋機的剛性曲線，計算出軋制力所引起的機架拉伸，相對于預計機架拉伸的任何變化被送入輥縫控制環(huán)進行動態(tài)補償。如果上述變化被完全補償，即100%補償，則軋機將呈現(xiàn)一無限大剛性，軋輥輥縫將不受來料厚度和硬度的影響，可以產(chǎn)生恒定的出口厚度。但是，100%的軋機剛性補償會使支承輥偏心完全反映在帶材上，影響軋制精度。實際工作中，補償?shù)陌俜直刃枰{整已獲得更佳的軋機性能。
厚度監(jiān)控
測厚儀對出口進行厚度測量形成的厚度閉環(huán)控制，采用出口導向輥編碼器測量出口帶材。
移動速度進行定長厚度閉環(huán)控制算法。
厚度預控控制
常規(guī)的寄存器移位FIFO厚度預控，采用由軋制方向決定入口移動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)的響應時間。
