轧辊独立驱动的高速轧机控制系统研究与实现

发布时间：2017-10-20 04:46

  本文关键词：轧辊独立驱动的高速轧机控制系统研究与实现

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【摘要】：钢丝圈是纺织行业环锭细纱机生产高质量成纱的关键器材。在整个钢丝圈生产流程中,钢丝圈基片的制造是必不可少的环节,高速轧机是将前道拉拔形成的圆钢丝轧制成各种规格基片的关键设备。在轧制过程中,圆钢丝从放卷轴放卷,经过2-3道次平辊冷轧成型,最后由卷取电机实现基片的收卷动作、伺服电机完成基片的排距动作。在钢丝圈基片冷连轧制过程中,对钢丝的张力控制贯穿整个生产环节。张力波动过大会导致基片成品率、产品质量与生产效率的降低,因此提高轧机电气控制系统的动态张力响应与稳态精度十分重要。为提高产品质量与生产效率,研究可靠的张力控制系统成为改造升级传统轧机的前提条件。为解决传统轧机机械传动噪声大、轧辊配对困难、更换成本高、使用寿命短及基片成型精度低等缺点。本文重点研究与分析将配对轧辊及卷取排距两轴机械解耦的可行方案,并给出轧辊及卷取排距两轴独立驱动的解决方案。新型轧机采用张力前馈补偿的方式实现高精度的张力控制,放卷段通过力矩平衡模型改变给定信号,结合张力环节,构成转矩闭环控制,可实现良好的被动放卷;轧制段采用无传感器张力控制,1-2道次轧机线速度采用主从式控制策略,依靠分别设定与控制1-2道次轧机之间的速度差,间接控制钢丝承受的张力,实现高精度轧制与张力控制;收卷段通过半径速度模型改变给定速度,配合张力环节,构成速度闭环控制,实现基片收卷的恒张力控制;排距驱动采用高精度伺服电机与卷取电机同步运动,将基片整齐地卷绕在工字料盘上。最后,根据生产工艺要求设计出改进型高速轧机的电气控制系统。新型轧机的最高线速度由原来160m/min提高至220m/min,且速度连续可调;可生产厚度为0.1~0.8mm、宽度为0.6~3.6mm范围内各种规格的钢丝圈基片。新型系统具有控制精度高、运行稳定、噪声小、轧辊寿命长等优点。
【关键词】：钢丝圈基片 高速轧机 张力控制 独立驱动 同步运行
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG334.9;TS103.822
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 纺织器材的应用背景与研究意义8-9
• 1.2 国内外高速轧机的研究现状与发展趋势9-10
• 1.2.1 高速轧机的研究现状9-10
• 1.2.2 高速轧机的发展趋势10
• 1.3 钢丝圈轧制工艺与电气控制系统概述10-11
• 1.4 本文的主要研究任务与内容11-12
• 1.4.1 本文的主要研究任务11-12
• 1.4.2 本文的主要内容12
• 1.5 本文的创新点12-13
• 第二章 高速轧机轧辊驱动模式及张力控制策略分析13-21
• 2.1 钢丝圈基片的生产工艺13-15
• 2.1.1 钢丝圈生产过程工艺流程13-14
• 2.1.2 钢丝圈基片轧制成型系统的工艺流程14
• 2.1.3 成型工序的关键技术14-15
• 2.2 轧辊驱动模式比较分析15-16
• 2.2.1 传统轧辊机械驱动模式15
• 2.2.2 改进型轧辊独立驱动模式15-16
• 2.3 张力控制策略分析16-18
• 2.3.1 传统张力控制方式16-17
• 2.3.2 弹性浮辊张力控制模式17-18
• 2.3.3 高速轧机控制系统的总体方案18
• 2.4 各段传动系统控制与张力控制方案18-20
• 2.4.1 放卷段张力控制18-19
• 2.4.2 无传感器轧制段张力控制19-20
• 2.4.3 收卷段张力控制20
• 2.5 本章小结20-21
• 第三章 张力控制系统的数学模型与控制策略21-36
• 3.1 放卷段张力分析21-25
• 3.1.1 放卷段张力模型21-23
• 3.1.2 放卷段张力控制策略23-25
• 3.2 无传感器轧制段张力分析25-29
• 3.2.1 轧制段张力模型25-27
• 3.2.2 轧制段张力控制策略27-29
• 3.3 收卷段张力分析29-33
• 3.3.1 收卷段张力模型29-30
• 3.3.2 卷取控制策略30-31
• 3.3.3 排距成型控制策略31-33
• 3.4 张力控制模型仿真33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 电气控制系统硬件设计36-52
• 4.1 电气系统硬件选型36-41
• 4.1.1 控制器选型36-38
• 4.1.2 电机选型38-39
• 4.1.3 变频器选型39-40
• 4.1.4 磁粉制动器选型40-41
• 4.1.5 旋转编码器选型41
• 4.1.6 触摸屏选型41
• 4.2 供电线路设计41-45
• 4.2.1 PLC供电线路41-42
• 4.2.2 变频器供电线路42-43
• 4.2.3 伺服系统供电线路43-44
• 4.2.4 磁粉制动器供电线路44
• 4.2.5 总供电线路设计44-45
• 4.3 高速轧机控制系统组成45-46
• 4.4 PLC硬件设计46-48
• 4.4.1 PLC地址分配46-47
• 4.4.2 PLC外围接线图47-48
• 4.5 变频器硬件设计48-49
• 4.6 伺服系统硬件设计49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第五章 电气控制系统软件设计与运行结果52-62
• 5.1 用户编程软件及指令52
• 5.2 控制系统主程序流程图52-54
• 5.3 PLC与外围设备通信54-57
• 5.3.1 PLC与变频器的通信54-56
• 5.3.2 PLC与伺服驱动器的通信56
• 5.3.3 PLC与触摸屏的通信56-57
• 5.4 触摸屏画面设计57-60
• 5.5 运行结果与分析60-61
• 5.6 本章小结61-62
• 第六章 总结与展望62-63
• 6.1 研究总结62
• 6.2 对今后工作的展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 附录67-73
• 附录1 作者在攻读硕士学位期间完成的成果67-68
• 附录2 开关部分控制系统主程序68-70
• 附录3 硬件设计图70-73

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