冷軋連續退火線機組入口活套區域帶鋼的張力控制仿真軟件開發

SimulationSoftwareoftheStripTensionControloftheEntryLooperintheColdRollingContinuousAnnealingLine

院（系）名稱電氣工程學院專業名稱自動化學生姓名陳越學號070302100

指導教師白銳教授

冷軋連續退火機組入口活套是整個工藝流程的重要組成部分，入口活套通過充、放套改變活套套量，將活套小車的垂直位置變化量轉化成水平方向的長度變化，以此來結合入口段與工藝段的速度差異，保證工藝段的勻速穩定運行。所以入口活套的帶鋼張力控制的穩定性直接影響到產品的質量，甚至生產操作人員的人身安全。在本畢業設計中利用Matlab/Simulink軟件來建立模型仿真，通過對實際模型的仿真，就可以很快找到故障的原因。入口活套帶鋼張力控制對于冷軋生產線尤其是連續退火機組有著十分重要的意義，本文以冷軋連續退火機組的入口活套張力控制為背景，圍繞著與入口活套相關生產工藝流程和連續性控制內容，對入口活套帶鋼張力控制方案作出選擇，并確定活套車位置控制以及活套車張力補償和慣性補償等控制方法。然后通過對可編程控制器控制程序的分析研究，建立出活套車張力、速度、位置等參數的數學模型，最終利用Matlab/Simulink軟件來建立模型仿真。

主要內容1冷軋連續退火機組工藝流程2入口活套的工作原理4入口活套區域帶鋼張力模型的建立及仿真

3入口活套車的控制方案活套在生產線中的位置生產線大體分為入口段，中間段和出口段三段，配備有三個立式活套塔——入口活套塔、出口活套塔和檢查活套塔。入口活套位于清洗槽和退火爐之間，由2#張力輥和3#張力輥控制入口活套塔的入口速度和出口速度；出口活套位于退火爐和平整機之間，由6#張力輥和7#張力輥控制入口速度和出口速度；檢查活套位于平整機和出口飛剪之間，由8#張力輥和9#張力輥控制入口速度和出口速度。生產線整體布局圖

活套的作用

在工藝流程中，活套的主要作用就是存儲帶鋼，保證退火爐內的帶鋼能持續不斷的運行。在入口段，飛剪剪切，焊機焊接，月牙剪動作的過程中，入口活套向退火爐提供帶鋼。在出口段，當平整機進行在線換輥時，出口活套用于存儲從退火爐中生產出來的帶鋼。當檢查臺上對帶鋼進行檢查短時停機時，檢查活套塔用來存儲平整機生產出來的帶鋼。在穩定運行過程中，入口活套內應該是充滿帶鋼，出口活套和檢查活套應該處于空套狀態。1冷軋連續退火機組工藝流程2入口活套的工作原理4入口活套區域帶鋼張力模型的建立及仿真

3入口活套車的控制方案入口活套的工作原理從中間速度降至低速50mpm

飛剪切除帶尾厚度超差部分

穩定運行前后帶鋼進行焊接

沖出月牙

加速至最大速度650mpm

減速至中間速度

1冷軋連續退火機組工藝流程2入口活套的工作原理4入口活套區域帶鋼張力模型的建立及仿真

3入口活套的控制方案

根據活套車的位置控制帶鋼的線速度指當活套小車到達指定的同步位置時，活套小車的速度與工藝段速度達到同步。活套車的速度表達式：

根據活套車的位置控制帶鋼的線速度

V1:活套車的速度；VE:活套塔的入口速度；VD:活套塔的出口速度；N:活套的股數；當V1>0時，活套塔處于充套狀態，活套車向上移動，套量增加；當V1<0時，活套塔處于放套狀態，活套車向下移動，套量減少；當V1=0時，活套塔處于穩態運行狀態，活套車停止，套量不變。活套的同步位置是用百分數形式表示的。活套同步位置的百分數形式是用定的同步位置，減去下急停位置（下急停位置即LOWES的位置，設為0%的位置，再除以上急停位置（即UPES的位置，設為100%的位置）求出來的。當活套小車達到同步位置時，活套小車停止移動，實現線速度同步控制。

可用以下例子說明一下位置控制的過程。對于入口活套而言，當入口速度大于出口速度的時候，活套車向上運行，到達活套塔95%的位置時，使VE=VD，V1=0，活套車的位置保持，套量不變。此時入口活套處于上同步狀態。入口自動減速時，入口速度小于出口速度，此時，入口活套放套，活套車向下運行，當達到活套塔的30%位置時到達下同步位置，此時使入口速度和出口速度相等，使V1=0，活套車穩定運行，達到同步控制。

張力控制

活套部分張力控制的目的是為了防止帶鋼跑偏，并保持板形平直。因此，張力控制是活套控制比較重要的環節之一。如果控制不當，帶鋼容易被拉斷。對活套小車的速度以及活套下部輔助輥的速度的控制會對張力有直接影響。在活套進行充放套的過程中，活套小車沿軌道上下移動時，活套下部帶有驅動的輔助輥也需要配合活套小車的移動進行加速或減速。但對活套車以及活套下部輔助輥進行控制的過程中，需要維持張力的恒定。因此，張力也作為一種補償，應加入到活套車以及活套下部輔助輥的控制環節中去。

經換算投入到轉矩電流限幅環節（CLC）活套控制車控制框圖1冷軋連續退火機組工藝流程2入口活套的工作原理4入口活套區域帶鋼張力模型的建立及仿真

3入口活套的控制方案入口活套區域帶鋼張力模型的建立

入口活套第一個小車的簡化模型，其中1#輥子和5#帶有電動機為傳動輥。2#輥子、3#輥子和4#輥子不帶電動機，為隨動輥。忽略帶鋼的自重。已知入口活套入口處速度為，出口處速度為，卷揚機的減速比為，卷揚機的半徑為,小車的質量為m，卷揚機的電磁力矩為Tg[22]。所求：提升小車的力，卷揚機的角速度為，小車的加速度為，各個輥子的速度，各段帶鋼的張力。模型建立的詳細過程如下：

1對每個輥子列寫運動方程式：

………..2建立各個張力的計算公式：………..3建立小車的運動方程式：………..活套控制的Matlab/Simulink執行程序

初始張力設定為2000即Constantvalue對話框輸入2000。仿真試驗

階躍信號跳變時間為300s、幅值500即Steptime對話框輸入300，Finalvalue對話框輸入500。

系統運行時間700sTM1的速度變化輸出曲線

系統運行時間700sTM1的張力變化輸出曲線

系統運行時間700sTM1的張力變化輸出曲線

系統運行時間700sTM1的張力變化輸出曲線

系統運行時間700sCAR1的位置變化輸出曲線

系統運行時間700sCAR1的速度變化輸出曲線

本文所研究的冷軋連續退火機組入口活套張力控制是冶金行業中發展迅速的一個領域，而對其進行軟件開發及仿真更是一項及富有挑戰性的工作。在這里，我首先要衷心地感謝我的導師——白銳教授。本文從最初的選題到最終完成，論文的字里行間也處處傾透了老師的心血。回首四年多