時(shí)間:2018-04-09 14:32:46來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載
摘要:以退火處理線為應(yīng)用對(duì)象,描述了退火處理線的工藝流程,典型的控制系統(tǒng)在退火處理線中的應(yīng)用。以及利用西門子S120系列變頻器在退火處理線中設(shè)備的具體控制方法。通過實(shí)際應(yīng)用,采用西門子公司的SINAMICSS120系列變頻器的解決方案工作狀況良好,能夠達(dá)到預(yù)期的控制要求。
1引言
退火是一種金屬熱處理工藝,指的是將金屬緩慢加熱到一定溫度,保持足夠時(shí)間,然后以適宜速度冷卻。目的是降低硬度,改善切削加工性;消除殘余應(yīng)力,穩(wěn)定尺寸,減少變形與裂紋傾向;細(xì)化晶粒,調(diào)整組織,消除組織缺陷。主要目的是消除和改善鋼板在軋制和冷卻過程中產(chǎn)生的組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力,為后道工序的加工和使用做好組織和性能上的準(zhǔn)備。
本文主要介紹退火處理線的工藝流程以及典型控制系統(tǒng)在退火處理線中的應(yīng)用;以及西門子S120變頻器控制在退火處理線中的具體應(yīng)用。
2工藝描述
2.1.工藝流程圖
本文采用的退火處理線的工藝流程主要包括入口段、工藝段、出口段3大部分,工藝流程如圖1所示。
2.2.工藝概述
鋼卷放在開卷機(jī)卷筒上之后,開卷機(jī)卷筒開始漲開,撐緊鋼卷內(nèi)徑,同時(shí)壓輥壓緊鋼卷。開卷機(jī)的卷筒開始轉(zhuǎn)動(dòng)將鋼頭送至入口剪,切除帶鋼頭前等待與上一個(gè)鋼卷的帶尾進(jìn)行焊接。
焊接完成之后,機(jī)組入口段開始升速,帶鋼以高于機(jī)組工藝段的速度經(jīng)過張緊裝置、糾偏裝置進(jìn)入入口活套。帶鋼通過入口活套后,經(jīng)糾偏裝置、張緊裝置進(jìn)入清洗段。清洗段布置了堿液浸沒裝置、堿液刷洗裝置、電解清洗裝置、熱水刷洗裝置、熱水漂洗裝置及熱風(fēng)干燥裝置。清洗烘干后帶鋼經(jīng)過糾偏裝置、張緊裝置進(jìn)入退火爐。
帶鋼進(jìn)入連續(xù)退火爐后,首先在預(yù)熱段預(yù)熱帶鋼,然后進(jìn)入輻射管加熱段加熱到再結(jié)晶溫度,隨后在均熱段均熱帶鋼,在晶相轉(zhuǎn)變的同時(shí),晶粒細(xì)化和成長,在快冷段,冷卻帶鋼到450℃,C、N固溶體過飽和。然后進(jìn)行C、N固溶體的部分析出,這一過程在過時(shí)效處理段完成,經(jīng)過終冷出爐后,完全退火的帶鋼既改善了加工性能,又保證了金屬加工后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
帶鋼離開退火爐后經(jīng)過水淬冷卻、糾偏裝置、張緊裝置進(jìn)入中間活套,后經(jīng)糾偏、張緊裝置進(jìn)入平整機(jī)、拉矯機(jī);平整機(jī)可以消除屈服平臺(tái),改善帶鋼的板形,拉矯機(jī)改善板形的效果很明顯。平整拉矯后的帶鋼經(jīng)過糾偏裝置、月牙剪后進(jìn)入切邊圓盤剪,保證產(chǎn)品的最終寬度。切邊后的帶鋼經(jīng)過壓毛刺輥進(jìn)入出口活套,離開后經(jīng)張緊裝置進(jìn)入出口段。
后處理段及出口段設(shè)備正常運(yùn)行時(shí),中間活套、出口活套均處于空套狀態(tài)。機(jī)組出口段進(jìn)行換卷操作時(shí),后處理段低速運(yùn)行,出口活套、中間活套充套保證工藝段正常運(yùn)行。平整機(jī)換輥操作或圓盤剪更換剪刃時(shí),后處理段及出口段停車,中間活套充套,貯存帶鋼保證工藝段的正常運(yùn)行。
帶鋼離開出口活套后經(jīng)張緊裝置進(jìn)入靜電涂油機(jī),在帶鋼表面涂上防銹油。而后進(jìn)入出口剪,當(dāng)焊縫到達(dá)或卷取的鋼卷達(dá)到設(shè)定重量時(shí),出口段設(shè)備自動(dòng)減速停機(jī)剪切,切除焊縫后,卷取機(jī)完成帶尾卷?。痪砣C(jī)進(jìn)行卸卷操作,小車壓住帶鋼尾部,人工打捆帶,出口鋼卷小車托起鋼卷,從卷取機(jī)卷筒上移出,運(yùn)至鋼卷鞍座。然后用吊車將鋼卷運(yùn)至包裝區(qū)域進(jìn)行稱重及人工包裝。包裝后的成品鋼卷由吊車或叉車運(yùn)至成品倉庫存放。
3系統(tǒng)控制方法
退火處理生產(chǎn)線要求在加工過程中繃緊帶材,維持張力恒定,這樣才能使各段互相協(xié)調(diào)配合,完成生產(chǎn)任務(wù)。為了滿足這樣的工藝要求,傳動(dòng)系統(tǒng)必須要使用多種典型的工藝控制。
3.1速度控制系統(tǒng)
S輥是退火處理生產(chǎn)線中常用設(shè)備,用來控制帶材在某生產(chǎn)段的速度。它由2或多個(gè)輥組成,每輥由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)如圖2所示。帶材包在這幾個(gè)輥外,以擴(kuò)大帶材和輥面接觸的面積,增加摩擦,從而增加對(duì)帶材的拉力。電動(dòng)機(jī)間的機(jī)械聯(lián)系靠帶材的摩擦力和張力實(shí)現(xiàn),特點(diǎn)是在生產(chǎn)不正常時(shí)可能出現(xiàn)“打滑”情況,機(jī)械聯(lián)系斷開。這類傳動(dòng)宜采用經(jīng)轉(zhuǎn)速環(huán)負(fù)荷均衡的主從系統(tǒng)如圖3所示。主、從兩套系統(tǒng)都有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR1~2及轉(zhuǎn)矩環(huán)ATL1~2,但在從系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入端接有兩轉(zhuǎn)矩給定值之差信號(hào)KB(T1*-T2*)。該系統(tǒng)能解決“打滑”時(shí)轉(zhuǎn)速失控問題。
3.2張力控制系統(tǒng)
退火處理生產(chǎn)線要求在加工過程中繃緊帶材,維持張力恒定,為此必須在生產(chǎn)線中安排一些專門控制張力的機(jī)械,它不擔(dān)任加工材料任務(wù),其轉(zhuǎn)矩完全用來產(chǎn)生張力,例如卷?。ㄩ_卷)機(jī)、張力S輥、活套等。由于張力由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生,所以這些機(jī)械的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的任務(wù)不是控制轉(zhuǎn)速,而是控制張力轉(zhuǎn)矩,這類控制系統(tǒng)為張力控制系統(tǒng)。
3.2.1直接張力控制系統(tǒng)
S輥是退火處理生產(chǎn)線中常用設(shè)備,按工作模式,它分為速度基準(zhǔn)S輥和張力S輥。速度基準(zhǔn)S輥的任務(wù)是控制該生產(chǎn)段帶材移動(dòng)的線速度;如果生產(chǎn)段很長,一組S輥拉不動(dòng)全段的帶材,就需要增設(shè)S輥。一個(gè)生產(chǎn)段中有幾組S輥后,就出現(xiàn)S輥間轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)和負(fù)荷分配問題,所以新增設(shè)的S輥都采用張力控制,它們的任務(wù)是使帶材張力FT等于其給定值,轉(zhuǎn)速則取決于速度基準(zhǔn)S輥V,這類S輥為張力S輥,如圖4所示。
由于張力S輥用于長的生產(chǎn)段,在兩組S輥之間的帶材會(huì)有一定下垂量,轉(zhuǎn)速微小變化引起下垂量變化,有一定轉(zhuǎn)速變化空間,因此張力S輥也可以采用通過轉(zhuǎn)速給定控制張力的S輥直接張力控制系統(tǒng),如圖5所示。
直接張力控制需要有投入環(huán)節(jié),只有在工件已繃緊及張力已建立后才能把這轉(zhuǎn)速自動(dòng)修正環(huán)節(jié)投入,并要限制na.x*的最大修正范圍(10%左右),否則會(huì)帶來振蕩。另外在工件即將過去時(shí),還需設(shè)置張力控的退出環(huán)節(jié),防止工件過去后,張力突然消失,給調(diào)速系統(tǒng)帶來的沖擊。
3.2.2間接張力系統(tǒng)
開卷、卷取在開始生產(chǎn)前,先要上料和穿帶,這時(shí)處于單動(dòng)工作狀態(tài),調(diào)速系統(tǒng)是雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。建張后,轉(zhuǎn)入聯(lián)動(dòng)工作狀態(tài),加速至工作速度,這時(shí)調(diào)速系統(tǒng)是只有轉(zhuǎn)矩環(huán)的張力控制系統(tǒng),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出控制。生產(chǎn)結(jié)束后,又改回單動(dòng)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。
調(diào)速系能滿足上述要求的通過轉(zhuǎn)矩給定控制張力調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖6所示,它也是由轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)ATL和轉(zhuǎn)速外環(huán)ASR構(gòu)成的雙環(huán)系統(tǒng),其特點(diǎn)是張力控制的轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)不是直接送至ATL輸入,而是從轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR正限幅T*輸入。
在單動(dòng)時(shí),附加轉(zhuǎn)速給定△n*=0,ASR限幅值為固定值20%,這時(shí)的調(diào)速系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)雙環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。穿帶完成后,發(fā)出聯(lián)動(dòng)指令,施加附加轉(zhuǎn)速給定△n*=5~10%到ASR輸入,卷取電動(dòng)機(jī)低速爬行繃緊帶材。在帶材繃緊后,轉(zhuǎn)速n<n*,ASR正向飽和,這時(shí)ATL的轉(zhuǎn)矩給定輸入T*等于ASR的正限幅值T*max,從而實(shí)現(xiàn)從轉(zhuǎn)速控制到張力控制的平滑過渡,張力大小通過改變T*max來控制。在聯(lián)動(dòng)期間,主轉(zhuǎn)速給定n*按滿足帶材以線速度V來設(shè)定,調(diào)速系統(tǒng)按張力控制模式工作。
4應(yīng)用實(shí)例
圖7-9是某廠的一套40萬噸退火處理線流程圖。系統(tǒng)采用西門子SINIMACSS120整流回饋單元為逆變器供電的公用直流母線方案。由于處理線在線設(shè)備有些電動(dòng),有些發(fā)電,利用公用直流母線可以大大節(jié)能,所需饋電電源容量遠(yuǎn)低于電機(jī)總裝機(jī)容量。
系統(tǒng)中,所有在線的調(diào)速電機(jī)均采用西門子SINAMICSS120的DC/AC多軸傳動(dòng)模塊控制。SINAMICSS120是一種高性能、高精度的驅(qū)動(dòng)器。硬件上具有模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),安裝、維護(hù)簡單易行;強(qiáng)大的軟件功能。使其適用于各種復(fù)雜應(yīng)用的場合。既能做伺服控制,也能做矢量控制;能實(shí)現(xiàn)速度控制,轉(zhuǎn)矩控制,位置控制多種控制方式,同時(shí)能滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求。SINAMICSS120多軸驅(qū)動(dòng)由控制單元CU320-2和電源模塊,電機(jī)模塊組成。CU320-2控制單元自身能夠處理一般的工藝任務(wù)??刂茊卧凸β蕟卧g使用新的通訊鏈接DRIVE-CLIQ。
該系統(tǒng)全線裝機(jī)容量為3156KW,設(shè)有兩段直流母線;一段由一臺(tái)800KW整流回饋單元供電;另一段爐內(nèi)的爐輥由一臺(tái)315KW整流回饋單元供電,由于爐內(nèi)爐輥的特殊供電需要,進(jìn)線電源由柴油機(jī)和動(dòng)力電源雙路提供。
線上所有控制主電機(jī)均為互相獨(dú)立的速度控制系統(tǒng),正常生產(chǎn)時(shí),入口、工藝、出口段速度通過入、出口活套互相獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián),系統(tǒng)通過三個(gè)活套分割成四段,有四個(gè)速度基準(zhǔn)。入口速度基準(zhǔn)為1#S輥,出口速度基準(zhǔn)為9#S輥,前工藝速度基準(zhǔn)為4#S輥,后工藝段速度基準(zhǔn)為5#S輥。其中三輥S輥(1-2#熱張輥4#S輥)和四輥S輥(1#、5#、9#S輥)為一主二從和三從工作方式。入口活套正常工作時(shí)為滿套量位,入口換卷時(shí),工藝段速度不變,入口活套放套,入口段完成焊接操作后,以高于工藝段速度充套,當(dāng)套量為滿套位時(shí),入口段速度與工藝段一致,入口活套套量保持不變。出口活套正常工作時(shí)為空套量位,出口換卷時(shí),工藝段速度不變,出口活套充套,出口段完成卷取操作后,以高于工藝段速度放套,當(dāng)套量為空套位時(shí),出口段速度與工藝段一致,出口活套套量保持不變。
2#、3#和6#張力輥、光整機(jī)、熱張輥、活套為直接張力控制,通過張力計(jì)檢測帶鋼實(shí)際張力,調(diào)節(jié)各自速度,實(shí)現(xiàn)各段張力恒定。
活套套量檢測通過軸端編碼器實(shí)現(xiàn),上電后具有記憶功能,斷電后重新恢復(fù)生產(chǎn)需套量校正??刂葡到y(tǒng)根據(jù)入、出口活套套量,自動(dòng)平衡入口段與工藝段、工藝段與出口段運(yùn)行速度?;钐紫到y(tǒng)有多個(gè)光電檢測開關(guān),當(dāng)活套處于不同位置時(shí),自動(dòng)化系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)各段運(yùn)行速度,并在活套極限位提供急停保護(hù)。
為了保證帶鋼在爐內(nèi)張力恒定,在爐子入口處,設(shè)張力計(jì),通過檢測爐內(nèi)帶鋼張力,自動(dòng)調(diào)節(jié)3#張力輥和熱張輥速度,實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)帶鋼恒張力控制。
由于張力調(diào)節(jié)器具有一定的滯后特性,因此對(duì)于速度較高時(shí)和厚度在0.2mm以下時(shí)單純依靠張力反饋控制進(jìn)爐帶鋼張力具有較大困難,在爐前增加具有阻尼作用的跳動(dòng)輥,跳動(dòng)輥由電機(jī)控制,跳動(dòng)輥裝有位置檢測裝置。這樣可以通過計(jì)算跳動(dòng)輥位置得出帶鋼張力,控制跳動(dòng)輥位置和扭矩達(dá)到在入口換卷時(shí)使?fàn)t內(nèi)張力達(dá)到控制要求。
為保證爐內(nèi)各段張力穩(wěn)定,消除因爐輥速度偏差造成張力偏差,根據(jù)爐內(nèi)各段張力變化調(diào)節(jié)成段調(diào)節(jié)(微調(diào))爐輥速度,保證爐內(nèi)本段張力穩(wěn)定。
爐輥運(yùn)轉(zhuǎn)特性對(duì)爐內(nèi)帶鋼張力同樣具有較大影響,在要求爐輥機(jī)械具有高精度機(jī)械性能條件下,爐輥在控制上采用DROOP特性工作如圖10所示。這樣可消除爐輥和爐輥間對(duì)帶鋼產(chǎn)生附加張力。
爐內(nèi)熱張輥采用直接張力閉環(huán)控制方式,其中1號(hào)熱張輥調(diào)節(jié)冷卻段張力,2號(hào)熱張輥保證快冷段張力。
連續(xù)退火線張力控制的關(guān)鍵在于機(jī)組加、減速過程中各段張力的波動(dòng)需控制在設(shè)定張力的±5%以內(nèi),控制動(dòng)態(tài)過程張力的變化靠張力調(diào)節(jié)無法實(shí)現(xiàn),在實(shí)際應(yīng)用中采取補(bǔ)償機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法實(shí)現(xiàn)張力的精確控制。
開卷、卷取機(jī)、7#S輥、8#S輥為間接張力控制,在速度環(huán)加一個(gè)附加速度給定,使速度環(huán)處于飽和狀態(tài),根據(jù)張力設(shè)定要求,自動(dòng)設(shè)定電機(jī)輸出力矩,實(shí)現(xiàn)張力控制的目的。由于開卷和卷取系統(tǒng)為變卷徑控制設(shè)備,通過CU320-2的DCC功能塊進(jìn)行卷徑計(jì)算、張力控制、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和斷帶保護(hù)。
5結(jié)論
該退火處理線自調(diào)試完成投入生產(chǎn)后,多年來電控設(shè)備運(yùn)行良好,故障率極低,運(yùn)行穩(wěn)定;加減速時(shí)速度、張力精度均在要求范圍之內(nèi);實(shí)踐證明,該系統(tǒng)完全能夠達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的要求,達(dá)到預(yù)期的控制目的。
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