專利名稱：一種板帶軋制中卷徑測量裝置及卷取張力控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋制自動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種板帶軋制中巻徑測量裝置及巻取張力控 制方法。
背景技術(shù)：
在帶材軋制生產(chǎn)中一般都需要帶張力軋制，張力不僅是保證軋制過程順利進行的必要條件， 還是影響成品質(zhì)量的重要因素。而張力控制中很重要的一個環(huán)節(jié)就是實際巻徑的測量。
傳統(tǒng)巻徑測量的方式主要有兩種，即由帶材層數(shù)累積計算和通過測速輥速度計算，以巻 取為例對這兩種方式進行分析
1.由帶材層數(shù)累積計算
設(shè)定初始巻徑A，在軋制過程中通過編碼器計算出電機轉(zhuǎn)過的圈數(shù)A^，從而得到巻徑 增加值，累加到初始巻徑上得到當前實際巻徑"。當前實際巻徑的計算公式
式中^為帶材厚度；i為減速比。這種方法過于依賴帶材厚度，在厚度不均時計算出的 巻徑也將受到很大影響。
2.通過測速輥速度計算
在軋機出口偏導輥上安裝編碼器，計算出軋機出口線速度^，同時通過電機編碼器得到 巻筒轉(zhuǎn)速A^，最終計算出當前巻徑D。當前巻徑的計算公式
— r W e — ~"~ 式中A^為出口偏導輥轉(zhuǎn)速；Z)g為出口偏導輥直徑。這種方法的缺陷在于出口偏導輥 容易打滑，從而導致巻徑計算出現(xiàn)偏差。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有巻徑測量和張力控制方法中存在的不足，本發(fā)明提供一種板帶軋制中巻徑測量裝 置及巻取張力控制方法，特別涉及一種測距儀測量巻徑以及通過巻徑來控制巻取張力的方法。
本發(fā)明的巻徑測量裝置包括激光測距儀、PLC和ET200M遠程I/O組成，其中激光測距 儀1使用Profibuse形式的傳感器，通過DP網(wǎng)線分別與PLC的CPU-DP通訊模塊和ET200M 遠程I/0的IM通訊模塊相連；激光測距儀2使用4-20mA模擬量方式的傳感器，通過帶屏蔽
的雙絞線與ET200M遠程I/O的AL接口模塊相連；激光測距儀3使用SSI形式的傳感器通 過帶屏蔽的雙絞線與ET200M遠程I/O的SM接口模塊相連。
本發(fā)明在使用前先將本裝置固定在待測巻徑位置，將3個激光測距儀的激光頭均對準巻 筒中心，設(shè)置測距儀參數(shù)并控制系統(tǒng)相連，巻取張力控制方法(其控制程序圖如圖3所示) 的步驟包括
步驟一 開始，并輸入測距儀巻筒中心的距離Lo;
步驟二放置帶巻在套筒上，讀出測距儀到帶材的距離L;
步驟三根據(jù)公式D-2(丄。-丄)計算出實際巻徑D:
步驟四測試出各個轉(zhuǎn)速點的摩擦轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)飛輪矩在各個轉(zhuǎn)速段(如100rpm—段) 測試摩擦轉(zhuǎn)矩，并回歸出摩擦轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線，從而可以得出每個轉(zhuǎn)速點的摩擦轉(zhuǎn)矩 MM，采用自由停車法求取系統(tǒng)飛輪矩GiV;
步驟五計算出設(shè)定張力轉(zhuǎn)矩A^、動態(tài)加減速轉(zhuǎn)矩M。、彎曲轉(zhuǎn)矩、摩擦特矩Mm、總 設(shè)定轉(zhuǎn)矩M，計算依以下公式進行 總設(shè)定轉(zhuǎn)矩
設(shè)定張力轉(zhuǎn)矩
動態(tài)加減速轉(zhuǎn)矩
<formula>formula see original document page 5</formula> 式中
GD/為帶材飛輪矩；a為帶材巻緊系數(shù)；p為帶材密度；W 為帶材寬度；g為 重力加速度；dn/dt為轉(zhuǎn)速加速度；a為線加速度；J為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，D.為初始巻徑，j 為減速比。
步驟六總設(shè)定轉(zhuǎn)矩M發(fā)送到傳動裝置，根據(jù)公式Ms=M/i計算轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，即通過
轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動控制巻取張力，其中Ms為轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，i為減速比


圖1為本發(fā)明的測距儀到控制系統(tǒng)的連接方式示意圖，
圖2為本發(fā)明的測量巻徑的原理圖，
圖3為本發(fā)明的設(shè)定轉(zhuǎn)矩計算控制程序框圖。
圖中l(wèi)為激光測距儀l; 2為激光測距儀2; 3為激光測距儀3;"為測距儀巻筒中心的 距離；L為激光傳感器到軸心的距離；D為料巻巻徑。
具體實施例方式
選擇SICK公司DT500激光測距儀，設(shè)置其接口形式為4-20mA模擬量，PLC使用西門 子S7-400,選用ET200M遠程I/O。 DT500激光測距儀1使用Profibuse形式的傳感器，通過 插頭與S7-400 PLC的CPU通訊模塊和ET200M遠程I/O的IM通訊模塊相連；DT500激光 測距儀2使用4-20mA電流模擬量方式的傳感器,通過插頭與ET200M遠程I/O的AL接口模 塊相連；DT500激光測距儀3使用SSI形式的傳感器，通過插頭分別與ET200M遠程I/O的 SM接口模塊相連(如圖1所示)。
、例某鋁帶軋機巻取機，減速比i為1.8846，傳動系統(tǒng)飛輪矩Gi)^為1742kgm2，帶材巻
緊系數(shù)a為0.93;帶材密度p為2700kg/m3。
利用如圖1所示的巻徑測量裝置，將3個激光測量儀均對準巻筒中心，根據(jù)張力控制步 驟，測量出激光測距儀到巻筒中心的距離U為1.435m;然后讀出放置帶巻之后激光測距儀L
為0.876m;根據(jù)公式￡> = 2(丄。-丄)，可以計算出當前帶巻巻徑D為2X(1.435-0.876)=1.118m。 當前巻取線速度"為630m/min，巻取電機轉(zhuǎn)速為338rpm，根據(jù)測試回歸曲線可知當前 摩擦轉(zhuǎn)矩似M為496.03Nm;當前帶巻內(nèi)徑為665mm，帶材寬度『為1600mm，帶材厚度為
l.Omm,設(shè)定的單位張力為1.6kg/mm2，當前線加速度"為0.67m/s2,然后由步驟五，可以計 算出各個轉(zhuǎn)矩分量為
MF = 1.6x1600x1.0x9.81x1.118/2/1.8846 = 7749.06W-m
=2x眼p 742 + i x o 93 x 2700 x J 6 x (1 j丄84 _ o 6654)]
1.118 32 =2734.03iV-w
則總的設(shè)定轉(zhuǎn)矩為^ = MF+MD+MM=10979.1JV-w
送給傳動裝置的轉(zhuǎn)矩設(shè)定值為Ms =蘭=10979.1/1.8846 = 5825.77V m ，
即通過轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動控制巻取張力通。
權(quán)利要求
1.一種板帶軋制中卷徑測量裝置，包括PLC、ET200M遠程I/O和激光測距儀，其特征在于激光測距儀1通過DP網(wǎng)線與PLC的CPU通訊模塊和ET200M遠程I/O的IM通訊模塊相連；激光測距儀2通過帶屏蔽的雙絞線與ET200M遠程I/O的AL接口模塊相連；激光測距儀3通過帶屏蔽的雙絞線分別與ET200M遠程I/O的SM接口模塊相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種板帶軋制中巻徑測量裝置，其特征在于激光測距儀1使用 采用Profibuse通訊方式的傳感器，激光測距儀2使用采用4-20mA模擬量方式的傳感器，激 光測距儀3使用采用SSI方式的傳感器。
3. 采用權(quán)利要求1所述的一種板帶軋制中巻徑測量裝置測量巻徑并控制巻取張力的方 法，其特征在于3個激光測距儀的激光頭均對準巻筒中心，與控制器相連，且?guī)喨埩刂?的步驟包括步驟一、開始，并輸入測距儀巻筒中心的距離L0; 步驟二、放置帶巻在巻筒上，讀出測距儀到帶材的距離L; 步驟三、根據(jù)公式D-2(Z。-Z)計算實際巻徑D;步驟四、測試出各個轉(zhuǎn)速點的摩擦轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)飛輪矩；在各個轉(zhuǎn)速段測試摩擦轉(zhuǎn)矩，并回歸出摩擦轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線，得出每個轉(zhuǎn)速點的摩擦轉(zhuǎn)矩M^，采用自由停車法求取系統(tǒng)飛輪矩GiV;步驟五、計算出設(shè)定張力轉(zhuǎn)矩Mp、動態(tài)加減速轉(zhuǎn)矩il^、彎曲轉(zhuǎn)矩、摩擦轉(zhuǎn)矩M^、總 設(shè)定轉(zhuǎn)矩M，計算依以下公式進行總設(shè)定轉(zhuǎn)矩 M = MF + MD + MM設(shè)定張力轉(zhuǎn)矩 A^=g 動態(tài)加減速轉(zhuǎn)矩<formula>formula see original document page 3</formula>式中:GD^為帶材飛輪矩；cr為帶材巻緊系數(shù)；p為帶材密度；『為帶材寬度；g 為重力加速度；"^為轉(zhuǎn)速加速度；"為線加速度；J為系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，A為初力始巻徑，i代表減速比；步驟六、總設(shè)定轉(zhuǎn)矩il^發(fā)送到傳動裝置，根據(jù)公式Mf^，計算轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，即通過 轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動控制巻取張力，其中Ms代表轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，i代表減速比。
全文摘要
本發(fā)明為一種板帶軋制中卷徑測量裝置及卷取張力的方法，包括PLC、ET200M遠程I/O和激光測距儀，激光測距儀通過雙絞線分別與PLC和ET200M遠程I/O相連，卷取張力控制方法包括步驟一開始，并輸入測距儀卷筒中心的距離L₀；步驟二放置帶卷在卷筒上，讀出測距儀到帶材的距離L；步驟三根據(jù)公式D＝2(L₀-L)計算實際卷徑D；步驟四測試各個轉(zhuǎn)速點的摩擦轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)飛輪矩；步驟五計算設(shè)定張力轉(zhuǎn)矩M_F、動態(tài)加減速轉(zhuǎn)矩M_D、彎曲轉(zhuǎn)矩、摩擦轉(zhuǎn)矩M_M、總設(shè)定轉(zhuǎn)矩M；步驟六總設(shè)定轉(zhuǎn)矩M_D發(fā)送到傳動裝置。本發(fā)明能夠精確的測量實際卷徑，不受其它因素干擾，具有較高的張力控制精度，已在某1900mm鋁帶冷軋機上投入使用，其張力控制精度靜態(tài)小于1％，動態(tài)小于2％。
文檔編號B21C51/00GK101362165SQ20081001346
公開日2009年2月11日 申請日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者劉相華, 古德昊, 杰 孫, 張殿華, 旭 李, 李建平 申請人:東北大學