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变频器在固化炉带钢传动的张力控制的应用
  • 企业:控制网     行业:建筑楼宇     领域:机器人    
  • 点击数:1732     发布时间:2007-11-17 20:50:27
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本文阐述了变频器在固化炉的温度控制和带钢传动控制。其中,传统的矢量控制变频器在开环应用时的动态转速误差约为0.8%,闭环应用时约为0.3%,而ACS800变频器在开环应用时可使动态转速误差减少到0.3%,闭环应用时达到0.1%。



                                                   关键词:变频器;带钢;传动控制

    柯勇(1957—) 
男 , 副教授,1982年毕业于马鞍山钢铁学院自动化系,现就职于芜湖职业技术学院电气系任教师,副教授。

   
近年来,彩色涂层钢板由于其具有装饰性好、耐腐蚀、易成型等特点而获得越来越广泛的应用,应用范围涵盖了轻工、建材、家电、汽车等行业。美国自30年代建立起第一条连续彩涂钢板线以来,彩涂钢板的生产技术在国外发展迅速,生产能力和产品质量也都达到了相当高的水平。我国彩涂钢板的研制始于20世纪60年代,经过40多年的发展,国内彩涂钢板产业取得了长足的进步。

    从国内外彩涂钢板的生产现状来看,虽然国内彩涂钢板的产能不低,但是产品的类型和质量仍然存在较大的差距,因此国内的彩涂钢板产品多数用于建材、家电等低端市场行业,对于汽车等高端市场行业,目前多数还是依赖国外进口的彩涂钢板。因此,提高国内彩涂钢板的类型和质量,扩大应用领域,是当前急需解决的问题。

    马鞍山钢铁公司彩涂板厂是马钢“十五”结构调整的重点项目,钢卷涂层生产线项目于2003年7月开工建设,引进意大利FATA-HUNT-ER公司的工艺技术和主体设备。自动化程度高 、工艺速度快、环境要求高。两条生产线总产能为30万吨/年。其中彩涂板厂2号生产线,每分钟可生产热帖膜60米,比国内同类生产线速度高出近3倍,每卷重达3吨。使马钢成为全国冶金系统惟一一家生产热贴膜板卷的厂家。2004年9月已顺利试产出第一卷合格产品。

1 彩色涂层工艺流程

    彩涂板的生产工艺流程如图1所示。



图1  彩涂板的生产工艺流程

    即:彩色涂层钢板的典型工艺流程包括以下四部分:入口段、预处理段、涂装段、出口段。

    入口段:包括开卷、剪齐、缝接及贮料活套等设备,其作用是将原料卷松开并将它们连接起来,以便连续地、匀速地为机组供应金属薄板。

    预处理段:是用于清洗金属底板并进行表面处理,以提高防腐蚀性和对上层漆膜的附着力。

    涂装段:是整个机组的核心部分,通常采用正、反两面同时涂装的二涂二烘工艺,即:涂底漆(初涂)→烘烤固化→冷却→涂面漆 (精涂)→烘烤固化→冷却。随产品要求不同,还可以只一涂一烘或只涂单面,涂漆时可采用逆向或顺向辊涂施工,固化炉中各段温度的控制取决于所用涂料品种、底板厚度及通过烘炉的时间。

    出口段:用于将彩涂钢板卷成成品卷或按规格要求把成品剪切成单张。常见的二涂二烘彩涂生产线的工艺流程为:开卷→缝合→入口活套→清洗→预处理→初(精)涂装→初(精)固化→冷却→出口活套→剪切→卷取。

2 固化炉的控制

    固化炉是生产线上不可缺少的重要设备 ,对涂装液体涂料的板带进行强制烘干。固化炉的控制效果直接影响到产品的性能。固化炉的控制包含炉温控制和带钢传动控制两个部分。

    2.1 炉温控制

    固化炉炉温控制影响漆层的烘烤固化效果,由于整个彩涂生产线存在速度匹配的限制,带钢通过固化炉时的速度变化不应很大,因此炉温过高会导致漆层过于干燥容易脱落,炉温过低则可导致漆层固化不完全。采用PLC对热风式加热固化、带钢温度的测量及涂层烘烤后的冷却等进行控制的温度控制系统。

    2.2 固化炉带钢传动控制

    带钢传动控制除了要满足生产线的速度匹配限制之外,还需要实现张力控制功能。张力控制主要是防止带钢在经过固化炉的时候由于张力过大而在热效应下产生拉伸变形,从而影响成品的质量。解决方案是:

    通常,张力控制可以通过速差调节来实现,即通过调节固化炉的入口速度和出口速度之间的差值来控制带钢悬空时所受的张力。由于钢带自身具有重力效应,并且在固化炉入口驱动辊和出口驱动辊之间由于没有支撑,因而若要使钢带在运动过程中不会受到过多的拉伸力以致变形,必须使其产生一定程度的悬垂,并且在整个设备运行过程中必须保证悬垂度处于适当的波动范围中。速差调节的实质是一种张力的PID控制方式,它需要依靠额外的张力传感器反馈作为速度调节的依据。虽然这种控制方式相对简单,然而在系统启动/停止或者加速/减速过程中无法达到稳定的张力控制的效果,从而会影响到产品的质量。

    为了达到更精确的转矩控制,保证产品质量的稳定性,需要采用更为先进的控制方式。ABB公司研究出了一种以定子磁通和转矩为主要控制变量的新型控制技术——DTC控制技术,这种技术可以在无需编码器和测速机反馈的情况下提供精确的速度和转矩控制能力。随后ABB公司推出了基于这一技术的新一代高性能、低成本的低压交流调速产品ACS800,这种变频器融合了DTC控制技术与模糊控制技术,其控制性能大大优于传统的矢量控制技术。

    与传统的矢量控制变频器相比,ACS800能够使电机在零速时获得额定转矩,而矢量控制变频器则只能在接近零速时实现满力矩输出。并且,由DTC所提供的精确的转矩控制功能使得ACS800能够提供高达200%的可控且平稳的最大起动转矩。同时ACS800的自动起动功能还能够实现电机的快速启动,其起动时间仅需0.5s左右,远小于传统矢量控制变频器的飞升起动和积分起动时间(约2.2s)。与此同时,ACS800在速度和转矩的精度控制性能方面也要优于传统的矢量控制变频器。传统的矢量控制变频器在开环应用时的动态转速误差约为0.8%,闭环应用时约为0.3%,而ACS800变频器在开环应用时可使动态转速误差减少到0.3%,闭环应用时更是达到0.1%。由于ACS800的动态转矩阶跃响应时间在开环应用时仅需要1~5ms,而矢量控制变频器在闭环时需要10~20ms,开环时为100~200ms,因此,ACS800能够实现更为精确的转矩控制。

3 系统构成

    在上述的固化炉传动机构中,可以使用ACS800来驱动固化炉的入口驱动辊和出口驱动辊。图2表示固化炉控制系统的控制框图。



图2    固化炉控制系统框图

    如图所示,整个系统由工业控制计算机、PLC、现场操作面板、变频器及温度控制系统等组成,采用了三级网络结构的形式。工控机通过MPI网络与PLC进行数据交换,从而实现对系统工作状态的监控,采集存储并统计所需的运行数据,管理现场设备,诊断故障及控制生产流程等功能。PLC和操作面板通过Profibus-DP网与变频器和温度控制系统连接,采集和控制温度点及传动点的状态并作出相应的控制。出口张力辊变频器和入口张力辊变频器之间通过ACS800所具有的主从控制模式进行连接,能够更好地实现出口和入口张力辊之间的速度和转矩匹配,并且可以减少profibus-DP网上传输的数据量,提高profibus-DP网的数据处理能力。

4 结论

    由于ACS800变频器具有比传统矢量控制变频器更为完美的控制性能,因此能够极大地提高彩色涂层钢板生产线的产品质量,从而不仅能够增强国内彩涂钢板产品的竞争能力,同时还能够扩展产品的应用领域。

作者信息:

    柯  勇(安徽省芜湖职业技术学院,安徽  芜湖 241000)      

    林贤聪(北京ABB电气传动有限公司,北京 100015)     

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