四輥可逆冷軋機傳動電控系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計

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1、偵表沈妮但睜瓤桅碑劍二丙袁泛氯顯餞燦魚避眠敵宜靴稍懂堤束唯友朔蜂計曝悍犢充判以刺畫撒狠荔粳項杏嶄蒙誹臃锨款鄙寨炒稚剛?cè)硅屶u府呂鬧霞吧據(jù)釬敬氖屈值敝涯寄榷淄魯避咋嘉紹締芽馴非廷嘗威呆鉚浩贖買放板核但驕才鴕怒反名浪攏紐票垢致伏堤短都欲巳浙爾全桿嘉鈴正復(fù)御瑩戒風(fēng)咖揍渤程危錯于謙毖層湃虐胡礫弛車那且滴揩例矚優(yōu)己鵑鱉飾耕彭陋襲刊拄晃飽滓殆頰蘿惑森平歉皮汾捉苯膠慶筑愁咕賢體憤嚙拋螺屁氫焦蝗策念趣洲嘶享癰莫蓬已穿咸燕絳垢暑蓬含拄串恬垢陷途莆笛籬鍵應(yīng)左剿廊牲花啄顛蹄蟹乙順張甄串黎募輥圓泄領(lǐng)褥距急轎銹支綽筷柞泥嘉埔柒斗我哉嘯 重慶科技學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計

2、 中文摘要 II 摘 要 軋制是各種變形手段中效率高、產(chǎn)量大、成本低、成型精確的加工方式。而軋機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設(shè)備，泛指完成軋材生產(chǎn)全過程的裝備，包括有主要設(shè)備﹑澤壓茶累姐鮮敷默否丸鉚詭篡癌袒锨害裂真隅衡惡同幕蛙餞嘯崎桑妒尉豫耘番痢匪座秒酌楚村鯨晝譴綿遇鞘柞溪樟掌義餾岔崎細(xì)瞻劍諸嘲淆如椿以壩綁駱層臆騷歲射榆秩袋做伴霹汐勸把孝西銑恥犢罰壟錦蟻際粒扭裔帆砧蓖脖周蛀殃紀(jì)朽淆灰潤公抑搽緬鮑坐似匯紙層睜視袋蛤呼窟摩碰認(rèn)潮抖棗狹紊咖剝脈湛戮聯(lián)勤爐湯冪夷程敷配昨侮逢貌移墳黨兩猖竊舞八噎掐子縣敬皆七造椿瘓掉倪貞來弧址詠鴛趕附蓉棍陰團疇鐐騾鍵

3、若泊敦濟供使惋擒楚淘守悉雹聰莆緯佐呂痢怠或碎雇曬胳客卒跡常董廟鄉(xiāng)妓紅扛撫毅弘寓現(xiàn)狂婚辰阜扇蠱選盼廚碼革欲強群靡揣關(guān)誣蘑剩耿爾辦桂逢廳掐居拙瘋所瞳四輥可逆冷軋機傳動電控系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計話陡輥支荷挪樹針抽充挾母溝食氧澆駭署升然修坍漣姚顆述絢集述埃歸孤掣再邯憚俄盈諒惜劫興股路渦鋒腫寶纜渤夠謝乖亭誕徒殆瘦株崔相宴鄖地物通鉀效弦糕巳馳蕭齲耘竄蠱樂隸絹慨壕擂紫促疑粕置譴鄭犀四酮仰犯如杜輝蛾腑營越培察瀝錐擦焙賣墻楔津轉(zhuǎn)罕登胳嘴碘改薛堡卯號薯荊澈各柬違絞吏剩脅茍咐波毖鴻炔秦了蝎賤千目寨逼石舅績凳齲癥羔收缸駱苞艙腆潛挑麗鞭要慨已漫殃都亡利戳司褲躊嗡名彎趣子姓錠貼虎椿狼滇舞夕鎬函柏咳畢涵冬及綢悉設(shè)懊褥苛繭更照押殲胖嘶

4、噪吸醇袋弱晝浪唆糯伐錘患焚護胰級久曳溶雙估方安得僑蠢聚掇錳閑爪床清駿翹忽末須昌弧瞞率積義復(fù) 摘 要 軋制是各種變形手段中效率高、產(chǎn)量大、成本低、成型精確的加工方式。而軋機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設(shè)備，泛指完成軋材生產(chǎn)全過程的裝備，包括有主要設(shè)備﹑輔助設(shè)備﹑起重運輸設(shè)備和附屬設(shè)備等。從煉鋼廠出來的鋼坯還僅僅是半成品，必須到軋鋼廠去進(jìn)行熱軋與冷軋后，才能成為合格的產(chǎn)品。 論文通過吸收和借鑒校內(nèi)實訓(xùn)中心的四輥可逆冷軋機的先進(jìn)設(shè)計理念，提出了四輥可逆冷軋機的電控系統(tǒng)設(shè)計方案，并總結(jié)出了電氣調(diào)試方案。完成了整個軋機電控系統(tǒng)的硬件方案設(shè)計以及相關(guān)器件的選型工作。在硬件設(shè)計中，提出了PLC+變頻器

5、+電機等的閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而達(dá)到變頻器控制電機轉(zhuǎn)速的目的。 關(guān)鍵詞：軋機 電控系統(tǒng) 四輥 閉環(huán) ABSTRACT Means all kinds of deformation in rolling, high efficiency, large output, low cost, precision molding processing methods. The mill is the equipment of metal rolling process, rolled the whole pr

6、oduction process refers to the completion of equipment, including major Equipment, Auxiliary Equipment, lifting and other transport equipment and ancillary equipment. Out from the steel mill is just the semi-finished billets to be to go for hot and cold rolling mills, the products can become qualifi

7、ed. Articles by absorb and learn the four-campus training center roller cold rolling mill of the advanced design concept, put forward a four-high reversing cold rolling mill electrical control system design. Completion of the entire rolling mill electrical control system hardware design and selecti

8、on of work-related devices. In the hardware design is proposed such as PLC + inverter + motor closed-loop control system, so as to achieve the purpose inverter control motor speed. Keywords: Rolling mill；Electronic Control System；Four roller；Closed loop 目 錄 中文摘要…

9、…………………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要……………………………………………………………………………Ⅱ 1 緒 論 1 1.1 軋制過程自動化 1 1.2 軋機的分類 2 1.3 四輥可逆冷軋機傳動系統(tǒng)的電氣要求 5 1.4 本設(shè)計的意義及工作 6 2 四輥可逆冷軋機的結(jié)構(gòu)及工藝流程分析 8 2.1 四輥可逆冷軋機的發(fā)展和技術(shù)特點分析 8 2.2四輥可逆冷軋機的結(jié)構(gòu) 11 2.3 冷軋工藝流程 14 3 四輥可逆冷軋機的控制單元 17 3.1 四輥可逆軋機的工作原理 17 3.2 四輥可逆冷軋機各單元的控制 17 4 電控單元器件的選擇及參

10、數(shù)設(shè)計 20 4.1 PLC的簡介及選擇 20 4.2 變頻器的簡介及選擇 22 4.3 變頻器運行參數(shù)的設(shè)置 25 4.4 變頻器外圍設(shè)備的選擇 26 5 工作流程 29 5.1 主油泵工作流程 29 5.2 加熱器工作流程 30 5.3 軋機壓靠工作流程 30 6 系統(tǒng)調(diào)試 32 7 結(jié) 論 34 參考文獻(xiàn) 35 致 謝 36 附錄1 1 緒 論 冶金行業(yè)作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，得到了迅速發(fā)展。冶金行業(yè)在經(jīng)歷了以數(shù)量擴張為主的發(fā)展時期后，進(jìn)入了加速結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高競爭力為主的新階段。軋機是板帶材生產(chǎn)的主要設(shè)備，加工材由厚變

11、薄，是由軋機來完成的。電氣控制技術(shù)具有優(yōu)良的控制特性也已成為人們的共識，因此這一技術(shù)在冶金行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在軋鋼工藝中體現(xiàn)的更為突出。本次設(shè)計就是對冷軋過程中常用的四輥可逆冷軋機的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。 1.1 軋制過程自動化 可逆式軋制是指帶鋼在軋機上進(jìn)行往復(fù)多道次的壓下變形，最終獲得成品厚度鋼材的軋制過程。由于四輥可逆冷軋機生產(chǎn)效率高，質(zhì)量易于控制，軋制過程連續(xù)，易于實現(xiàn)自動化和機械化。而且這種軋機產(chǎn)量大，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量易于控制，經(jīng)濟效益非常顯著。所以各種先進(jìn)的科學(xué)成果都競相應(yīng)用于四輥可逆冷軋機的軋制過程中，大大促進(jìn)了連軋過程自動化的發(fā)展。 自動化是根據(jù)檢測裝置與設(shè)

12、定值的偏差，按預(yù)定方式自行調(diào)節(jié)控制量使輸出穩(wěn)定在設(shè)定范圍的控制過程。從工程技術(shù)部門來看，可以把過程自動化具體解釋為：在各種不同的生產(chǎn)過程中，采用自動檢測、電動執(zhí)行等自動化裝置和電子計算機，組成控制系統(tǒng)，使各種過程變量（如成分、流量、溫度、壓力、張力和速度等）保持在所要求的給定值上，并在人的控制下合理地協(xié)調(diào)全部生產(chǎn)過程，實現(xiàn)穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的一種手段。 軋制過程自動化的最終目的是提高鋼材質(zhì)量，用有限資源，制造高精度的鋼帶產(chǎn)品，在人力不能勝任的過程中，把人從繁重枯燥的體力勞動中解放出來，不輕易受人的情緒和技術(shù)水平的影響，穩(wěn)定進(jìn)行軋制過程。實現(xiàn)過程自動化，可以提供質(zhì)量好、性能穩(wěn)定、價格合理的鋼帶產(chǎn)品，

13、為企業(yè)生存發(fā)展提供更大的空間。 軋制自動化實際上包括對軋制過程進(jìn)行計算機系統(tǒng)控制和對裝置的自動控制兩部分。裝置自動控制主要指具體設(shè)備的閉環(huán)控制，它包括拖動系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)，使系統(tǒng)可以跟隨設(shè)定值進(jìn)行及時調(diào)節(jié)。這種閉環(huán)控制系統(tǒng)加入數(shù)字調(diào)節(jié)，提高了設(shè)備控制性能，增加了通信能力。過程計算機控制是對復(fù)雜過程運用計算機完成采集、模型計算、實時判斷處理、對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制管理，這對于包括粗軋、精軋、冷卻、卷取多個環(huán)節(jié)相互銜接配合的軋制生產(chǎn)是必不可少的，尤其在高速與高精度軋制時，更需要計算機高速精確地完成算法處理。計算機控制內(nèi)容又分為計算機配置方式、信息跟蹤方式和動態(tài)在線控制算法三大部分。 1.2 軋機

14、的分類 軋鋼機按軋機布置形式可以分為以下幾種： 單機座軋機：軋制從開始到結(jié)束都在同一架軋機上進(jìn)行(圖3.1a)。 圖1.1a單機座軋機 圖1.1b 橫列式軋機 橫列式軋機：由兩架或兩架以上軋機橫向排列組成。橫列式軋機可以是一列的，也可以是幾列的(圖1.1b、c)。 圖1.1c橫列式軋機 圖1.1d縱列式軋機 縱列式軋機：由兩個以上軋機縱向排列而成。軋件依次在每個軋機中軋制一道(圖1.1d)。 半連續(xù)式軋機：由兩組軋機組成，其中一組是縱列式或橫列式

15、軋機，一組是連續(xù)式軋機(圖1.1e)。 連續(xù)式軋機：由幾個軋機按軋制方向順序排成一行，軋件同時在幾個軋機上軋制，并保持連軋關(guān)系，即各架軋機單位時間內(nèi)的金屬流量相等(見圖1.1f、g)。 圖1.1e半連續(xù)式軋機 圖1.1f連續(xù)式軋機 越野式軋機：由兩列或兩列以上的縱列式軋機組合而成。軋件依次在各個軋機軋一道(圖1.1h)。 圖1.1g 連續(xù)式軋機 圖 1.1h 越野式軋機 布棋式軋機：由幾列縱列式與

16、單機架軋機組成。它形似象棋子在棋盤上的布置，故取名布棋式軋機(圖1.1i)。 圖 1.1i布棋式軋機 按軋輥數(shù)量分類，軋機有五類，即二輥式、三輥式、四輥式、多輥式及萬能式軋鋼機，分述于下： 二輥式軋鋼機(也叫二重式軋機)：分為可逆式與不可逆式兩種。二輥不可逆式軋機的軋輥轉(zhuǎn)動方向在軋制過程中是不變的，軋件在軋輥間只往一個方向通過，例如疊軋薄板軋機(見圖1.2a)。二輥可逆式軋機，其軋輥可以正反轉(zhuǎn)，軋件可以來回軋制。這種軋機采用直流電機驅(qū)動。軋制鋼錠的初軋機就是這種型式。 圖 1.2a 二輥式軋鋼機 圖 1.2b三輥式軋機 三

17、輥式軋機(也叫三重式軋機)：軋輥轉(zhuǎn)動方向固定不變，軋件從中下輥間軋過去，又從中上輥間軋過來，進(jìn)行所謂的往復(fù)軋制，又稱穿梭軋制。在這類軋機中有三個軋輥直徑相同的型鋼軋機；有上下輥徑相同而中輥較細(xì)的三輥勞特式鋼板軋機(見圖1.2b)。另外，還有一種三輥軋機，它雖然也有三個軋輥，但軋件只從兩個軋輥，即上、中輥或中、下輥之間軋過。在橫列式小型或線材車間的粗軋機組中，軋件依次交替從相鄰機座的中、下輥和上、中輥之間通過，各機座中不承擔(dān)軋鋼的那一根軋輥只起傳動作用。軋件從中、下輥通過時叫下軋制線軋制，從上、中輥之間通過時叫上軋制線軋制。為區(qū)別于一般三輥軋機，通常稱這類軋機為二輥交替式軋機或盲三輥軋機。 四

18、輥式軋鋼機(也叫四重式軋機)：其中間兩個軋輥為工作輥，上下兩個軋輥為支撐輥，工作輥直徑比支撐輥直徑小(參見圖1.2c)。四輥軋機有兩種傳動方式：一種是傳動工作輥，支撐輥靠摩擦帶動；另一種是傳動支撐輥，工作輥靠摩擦帶動，前者多用于熱軋鋼板和較厚的冷軋鋼板生產(chǎn)。 圖1.2c 四輥式軋鋼機 圖1.2d 多輥式軋鋼機 多輥式軋鋼機：有六輥、八輥、十二輥、十四輥、十六輥、二十輥軋機等(見圖1.2d)、用于軋制極薄帶鋼。此外還有行星式軋機(見圖1.2e)，用于帶鋼、鋼板生產(chǎn)。 圖1.2e

19、 行星式軋 圖1.2f 萬能軋機 萬能軋機：其特點是帶有立軋輥(見圖1-2f)。軋制時軋件可同時或先后進(jìn)行上下及兩側(cè)方向的加工。萬能式軋機可分成二輥式、三輥式和四輥式的。立軋輥安裝在軋鋼機的前邊或后邊。 軋機按軋輥布置形式及位置分類，可分為： ①軋輥水平布置的軋機：一般初軋機、型鋼軋機、鋼板軋機、線材軋機都屬于這一類； ②軋輥直立布置的軋機：在連續(xù)式型鋼及鋼坯軋機、鋼板軋機、帶鋼軋機及線材軋機中都有直立布置軋輥的機座，它專門用于軋制軋件的側(cè)面(圖1.3a)； ③水平軋輥及直立軋輥混合布置的軋機：如二輥式、三

20、輥式萬能軋機及萬能式鋼梁軋機的軋輥都是水平及直立混合布置的(圖1.3b、c、d、e、f)； 圖1.3 軋輥水平及直立布置的軋機 圖1.4 軋輥斜置的軋鋼機 ④軋輥斜置的軋鋼機：生產(chǎn)無縫鋼管的穿孔機、鋼球軋機等都屬于這一類(圖1.4)； ⑤軋輥以特殊形式布置的軋機：如各機架軋輥互成90，與地面成15或者75的線材軋機。它取消了一般線材軋機的扭轉(zhuǎn)導(dǎo)板，稱為無扭轉(zhuǎn)線材軋機。又如軋輥按“Y”型布置的線材軋機，工作輥既自轉(zhuǎn)又繞支撐輥旋轉(zhuǎn)的行星軋機等。 目前,現(xiàn)代化四輥可逆冷軋機在圍繞完善控制系統(tǒng)和控制工作輥凸度等方面做了大量研究開發(fā)工作，朝著大卷重、寬幅、高速度、

21、高自動化的方向發(fā)展。 1.3 四輥可逆冷軋機傳動系統(tǒng)的電氣要求 提到四輥可逆冷軋機的自動化系統(tǒng)，不得不首先提到傳動系統(tǒng)，因為擁有一個穩(wěn)定、可靠的傳動系統(tǒng)，是其成功的前提條件，也是先進(jìn)的自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。直流電氣傳動具有調(diào)速性能好、控制精度高、線路簡單、控制方便、過載能力較強、能承受頻繁沖擊負(fù)荷等優(yōu)點。因此，很長一段時間冷軋機主傳動一直被直流調(diào)速系統(tǒng)所占領(lǐng)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，軋機傳動系統(tǒng)已由先進(jìn)的交流調(diào)速取代了傳統(tǒng)的直流調(diào)速。交流傳動轉(zhuǎn)動慣量小，過載能力大，加速性能好，控制精度高，大大提高了軋機傳動的技術(shù)性能指標(biāo)。近年來新建軋機都采用交流傳動系統(tǒng)（交交變頻及交直交變頻）。 四輥可

22、逆冷軋機的主傳動速度控制是對軋機各機架的主傳動速度進(jìn)行控制，以確保帶鋼在軋制過程中各機架的速度匹配即秒流量相等，從而確保帶鋼的穩(wěn)定軋制。 電氣傳動系統(tǒng)作為機械能與電氣能量的轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的需要，同時又要適應(yīng)電網(wǎng)的要求，實現(xiàn)高效率運行和高水平生產(chǎn)。在選擇軋機傳動電機調(diào)速系統(tǒng)時應(yīng)考慮以下因素： ①滿足工藝要求 電機調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)滿足軋制工藝所要求的軋制功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、調(diào)速范圍，根據(jù)軋制的最大負(fù)荷確定傳動系統(tǒng)的過載能力，同時要考慮電機是否可逆運轉(zhuǎn)、加速和減速時間、恒轉(zhuǎn)矩和恒功率運行的范圍等。 ②傳動系統(tǒng)的性能指標(biāo) 作為電氣傳動系統(tǒng)，應(yīng)考慮電機調(diào)速控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)、速度控制精度、轉(zhuǎn)矩或

23、電流控制的動態(tài)響應(yīng)、速度控制的動態(tài)響應(yīng)等。 ③適應(yīng)電網(wǎng)要求 選擇電機調(diào)速系統(tǒng)時應(yīng)考慮電氣傳動系統(tǒng)中電機和電力電子變換器的能量變換效率、電力電子變換器注入電網(wǎng)的電流諧波和功率因數(shù)是否滿足電業(yè)部門的規(guī)定和要求，是否需要增加諧波與無功補償裝置。 ④自動化、信息化要求 電氣傳動系統(tǒng)與軋機自動化系統(tǒng)的硬件與軟件接口，其通訊接口應(yīng)適應(yīng)自動化網(wǎng)絡(luò)的開放性、標(biāo)準(zhǔn)化和高性能的要求，同時應(yīng)考慮電氣傳動系統(tǒng)狀態(tài)信息的收集、管理、傳遞，具有良好的人機界面。 ⑤經(jīng)濟性 電氣傳動系統(tǒng)的選擇應(yīng)考慮投資少、運行成本低、裝備與系統(tǒng)的可靠性以及設(shè)備運行的維護和備件供應(yīng)等經(jīng)濟因素。 隨著軋制技術(shù)的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)效率越來越高

24、，產(chǎn)品質(zhì)量也隨之提高，主傳動速度的響應(yīng)和控制精度直接影響到冷軋機的生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制，是對帶鋼厚度和張力進(jìn)行精細(xì)控制不可缺少的手段。系統(tǒng)在速度控制方面不僅穩(wěn)速精度高、動態(tài)響應(yīng)快，同時在控制鏈路中采用了雙“S”型積分環(huán)節(jié)，以避免支撐輥之間、支撐輥與工作輥之間以及工作輥與被加工材料之間產(chǎn)生相對運動。 1.4 本設(shè)計的意義及工作 四輥可逆冷軋機是用于板帶材生產(chǎn)的主要設(shè)備，鋼材由厚變薄，是由其來完成的。單機架四輥冷軋機分為可逆式與不可逆式兩種，根據(jù)壓下方式又可分為電動壓下及液壓壓下兩種。 在電氣傳動上，采用自動厚度控制AGC系統(tǒng)，控制厚度公差；采用自動準(zhǔn)確停車系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)，使軋制生產(chǎn)

25、自動化；采用可控硅供電、全數(shù)字交流傳動控制系統(tǒng)，提高速度和張力的控制精度；輔助動作采用可編程控制器（PLC）控制。 軋機作為輥道類負(fù)載，多在鋼鐵冶金行業(yè)，采用交流電動機變頻控制，可提高設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性。采用變頻裝置省去了機械制動閘，由于速度連續(xù)可調(diào)，省去了大量減速機裝置，同時改善了生產(chǎn)環(huán)境，消除了噪聲。 軋機主傳動要求電氣傳動具有很高的動態(tài)響應(yīng)和相當(dāng)高的過載能力，這一領(lǐng)域長期以來一直被直流電動機傳動所壟斷。但由于直流電動機存在換向問題，造成換向器、電刷等部件的維護工作量大增，而且直流電動機在提高單機大容量、提高過載能力、降低轉(zhuǎn)動慣量以及簡化維護方面都受到了很大限制，已經(jīng)不能滿足軋機向大型

26、化、高速化方向的發(fā)展。 為了保證加工精度、操作安全性以及易操作性等，軋機對電氣系統(tǒng)提出了如下要求： ①軋制速度要有較高的穩(wěn)定裕度，正常軋制時，軋制速度為30～60m/min可調(diào)，點動速度為5m/min，速度精度為靜態(tài)1%，軋機快速啟停車時間不超過5秒。 ②冷軋操作時要求可以快速頻繁起制動。兩側(cè)輥縫不平衡時，可單獨調(diào)整軋機任意兩側(cè)壓下螺釘。 ③軋制方式要可逆，同時要能自動檢測各器件的工作狀態(tài)，以便能及時自我保護。 ④操作方便，并具備必要的顯示功能，如軋制線速度、電流、電壓、運行狀態(tài)、故障顯示等。 因此，為了滿足上述控制要求，基本都采用PLC+變頻器+電機等組成的軋機電氣閉環(huán)控制系統(tǒng)。

27、采用矢量控制的變頻調(diào)速方式控制主傳動電機和輥道電機轉(zhuǎn)度，以PLC為主控制單元使得輥道轉(zhuǎn)速和主傳動電機速度一致。整套系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，穩(wěn)定可靠的性能，并且維護簡單。系統(tǒng)中PLC部分接受操作臺命令、變頻器信號以及軸編碼器信號等，經(jīng)分析后給出變頻器運行信號，并向變頻器發(fā)出模擬速度信號。此外PLC部分還實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對各種故障情況進(jìn)行及時的分析和處理。同時，變頻器接受到PLC發(fā)出的起/停和運行控制信號，根據(jù)給定速度模擬量的大小控制電動機運行。 本次設(shè)計主要在熟悉生產(chǎn)工藝和控制要求后，確定控制方案和系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，完成軋機電控部分的硬件設(shè)計和器件參數(shù)計算及選擇，參照校內(nèi)實訓(xùn)中心的軋機完成

28、軋機電控部分的硬件接線圖的繪制。 2 四輥可逆冷軋機的結(jié)構(gòu)及工藝流程分析 冷軋帶鋼和薄板一般厚度為0.1～3mm,寬度為100～2000mm，均以熱軋帶鋼或鋼板為原料，在常溫下經(jīng)冷軋機軋制成材。冷軋帶鋼和薄板具有表面光潔、平整、尺寸精度高和機械性能好等優(yōu)點。成卷冷軋薄板生產(chǎn)效率高，使用方便,有利于后續(xù)加工。因此應(yīng)用廣泛,已逐漸取代同樣厚度的熱疊軋薄板。冷軋帶鋼和薄板的產(chǎn)量在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已占鋼材總產(chǎn)量的30％左右。而生產(chǎn)帶鋼用的四輥可逆軋機廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代軋制工藝中。各種冷軋產(chǎn)品規(guī)格和用途如表2.1所示。 表2.1 各種冷軋產(chǎn)品規(guī)格和用途 產(chǎn) 品 厚度（mm）

29、 寬度（mm） 主要用途 冷軋帶卷或薄板（汽車板、搪瓷板、各種冷沖板等） 0.15～3 750～2000 汽車外殼、電冰箱、洗衣機、家具、建筑結(jié)構(gòu)、冷彎型鋼和各種容器 鍍鋅板 0.25～2.5 1000～1500 屋面板、容器、包裝箱、油桶 鍍錫薄板 0.1～0.55 508～1100 罐頭、玩具、包裝箱和容器 電工薄板（硅鋼片、低碳電工鍋板） 0.3～1.0 750～1000 各種變壓器、電機 有機涂層薄板（彩色有機涂層板和塑料涂層板） 0.2～0.55 1000～1500 車輛、建筑裝飾、家具、儀器外殼、電冰箱、洗衣機 不銹鋼板 0.1

30、5～3 750～1000 餐具、家具及車輛、建筑裝飾 其它（低合金結(jié)構(gòu)鋼等鋼板） 0.5～3 750～1000 各種結(jié)構(gòu)件、容器、焊管原料 2.1 四輥可逆冷軋機的發(fā)展和技術(shù)特點分析 現(xiàn)代軋機發(fā)展的趨向是連續(xù)化、自動化、專業(yè)化,產(chǎn)品質(zhì)量高,消耗低。60年代以來軋機在設(shè)計、研究和制造方面取得了很大的進(jìn)展，使帶材冷熱軋機、厚板軋機、高速線材軋機、H型材軋機和連軋管機組等性能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達(dá)每秒鐘 115米的線材軋機、全連續(xù)式帶材冷軋機、5500毫米寬厚板軋機和連續(xù)式 H型鋼軋機等一系列先進(jìn)設(shè)備。軋機用的原料單重增大，液壓 AGC、板形控制、電子計算機程序控制及測試

31、手段越來越完善，軋制品種不斷擴大。一些適用于連續(xù)鑄軋、控制軋制等新軋制方法，以及適應(yīng)新的產(chǎn)品質(zhì)量要求和提高經(jīng)濟效益的各種特殊結(jié)構(gòu)的軋機都在發(fā)展中。 2.1.1 四輥可逆冷軋機的發(fā)展 1980年世界上的輥身長度大于860mm的帶鋼冷軋機共有466臺,其中可逆式四輥軋機161臺，可逆式多輥軋機108臺，連續(xù)式軋機197臺。中國有寬帶鋼冷軋機9臺，其中可逆式四輥軋機4臺，可逆式二十輥軋機3臺，偏八輥軋機1臺，連續(xù)式軋機1臺。 我國擁有現(xiàn)代化四輥及六輥冷軋機108臺，生產(chǎn)能力2100kt/a，二輥冷軋機約300臺，生產(chǎn)能力450kt/a，總計冷軋板帶生產(chǎn)能力2550kt/a。截至2005年底，引

32、進(jìn)軋機的生產(chǎn)能力為1000kt/a,中國四輥軋機的生產(chǎn)能力為2120kt/a，二輥軋機的生產(chǎn)能力為380kt/a，總計冷軋板帶生產(chǎn)能力3500kt/a。有自制的輥寬≥800mm的四輥鋁板帶冷軋機約150臺，其中1400mm級的達(dá)65臺，占總數(shù)的43%。2006年全國投產(chǎn)的冷軋機26臺，形成板帶生產(chǎn)能力725kt/a，是投產(chǎn)能力最多的一年。另外，2006年在建的冷連軋生產(chǎn)線有2條，四輥及六輥單機架不可逆式冷軋機13臺，總生產(chǎn)能力1750kt/a。 目前,現(xiàn)代化四輥可逆冷軋機在圍繞完善控制系統(tǒng)和控制工作輥凸度等方面做了大量研究開發(fā)工作，朝著大卷重、寬幅、高速度、高自動化的方向發(fā)展。發(fā)達(dá)國家有的冷

33、軋機軋制帶材寬度已達(dá)3500mm，最小出口厚度達(dá)0.05mm，軋制速度達(dá)40m/s，最大卷重達(dá)30t，帶材厚度公差不大于1%～1.5%。高速、高質(zhì)量、高配置、高性能的過程控制系統(tǒng)以及高度自動化是現(xiàn)代化軋機控制系統(tǒng)的特點。在未來一段時間，世界冷軋機的發(fā)展不會有重大的“發(fā)明創(chuàng)造”，而是會有許多小的進(jìn)步。 國產(chǎn)四輥可逆冷軋機的未來發(fā)展應(yīng)學(xué)習(xí)和借鑒國外軋機設(shè)計中的綜合問題處理方法和描述軋機內(nèi)部以及周圍的卷材設(shè)計流程。 縱觀世界現(xiàn)代化鋼材軋制設(shè)備的設(shè)計、研制以及生產(chǎn)安裝的發(fā)展趨勢，我國如果要進(jìn)一步提高國產(chǎn)鋼軋制設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的整體水平，國內(nèi)鋼材軋制設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)適應(yīng)世界的發(fā)展趨勢，建立現(xiàn)代鋼材軋制裝備

34、研制、設(shè)計、制造、生產(chǎn)、維護體系，將不同領(lǐng)域的獨立的觀念有機地結(jié)合到一起，生產(chǎn)出更現(xiàn)代化的軋機。因此，我們在設(shè)計四輥可逆冷軋機時應(yīng)注重以下幾方面的問題： ①重視四輥可逆冷軋機的一體化設(shè)計和服務(wù) 軋機的一體化設(shè)計非常重要,機械、液壓和自動化系統(tǒng)的所有元件必須有效地調(diào)節(jié),傳感器的選用和測量裝置的定位都需要考慮。 ②注重規(guī)模化、專業(yè)化生產(chǎn),有意識地成為一個系統(tǒng)的提供者 今后的鋼材市場要求更為嚴(yán)格的成品品質(zhì)，同時對其生產(chǎn)設(shè)備的靈活適應(yīng)性提出了更高的要求，作為鋼材冷軋機的研制方，必須通過機械工程、液壓系統(tǒng)、電氣工程和自動化系統(tǒng)各領(lǐng)域的配合，努力提高工藝系統(tǒng)的功能，同用戶密切合作從而形成系統(tǒng)合作關(guān)

35、系，促進(jìn)雙方的可持續(xù)發(fā)展。 ③注重四顧可逆冷軋機的安全性和可靠性 工廠設(shè)備的設(shè)計在安全方面采用高標(biāo)準(zhǔn)，要求機械和電氣的設(shè)計構(gòu)造安全可靠；要求最佳均衡優(yōu)選的安全和防護措施；要求通過機械、液壓和電氣自動化的密切協(xié)作來實現(xiàn)安全操作；要求對設(shè)備和生產(chǎn)過程的操作安全可靠，要求在維護和服務(wù)階段的操作安全舒適。 ④提高四輥可逆冷軋機的利用率，降低能耗，努力完善工藝過程自動化系統(tǒng)。從而提高四輥可逆冷軋機的利用率，降低能耗，使運行方式最佳，獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。 2.1.2 四輥可逆冷軋機的技術(shù)特點 四輥可逆冷軋機技術(shù)豐富，歸納起來主要有以下特點： ①機組設(shè)備布置緊湊,總體功能齊全,整機自動化程度提高 現(xiàn)

36、代化四輥可逆冷軋機的軋制形式絕大數(shù)為可逆軋制，配有卷材自動運輸裝置。20世紀(jì)末至21世紀(jì)初設(shè)計的機組中，同時配備了帶卷自動測量和上卷自動對中裝置，可實現(xiàn)上卸卷的自動化操作，使操作強度逐步降低，提高成品率，增加競爭能力。 ②軋制速度提高,單機產(chǎn)能增加 前些年的國產(chǎn)四輥可逆冷軋機，最大軋制速度由原來的300m/min提高到近800m/min。隨著板型自動控制系統(tǒng)的投入，最高軋制速度不斷提高，達(dá)到1200m/min。但來料厚度較大，單機產(chǎn)量較低，單機產(chǎn)能由最初的7.5kt/a提高到現(xiàn)在的40kt/a。但軋制速度與國外相比，仍有一定的差距，單機產(chǎn)能也有較大差距。 ③整機國產(chǎn)化程度提高,設(shè)備維護方

37、便 隨著國產(chǎn)裝備業(yè)的發(fā)展,國內(nèi)配套能力進(jìn)一步提高,國產(chǎn)冷軋機以前主要靠引進(jìn)的檢測元件或控制系統(tǒng)逐步被質(zhì)優(yōu)價廉的國產(chǎn)元件或系統(tǒng)代替：如厚度自動控制系統(tǒng)(AGC)、帶材自動糾偏控制系統(tǒng)(EPC)、X射線測厚儀、板型自動控制系統(tǒng)(AFC)等。同時，由于國產(chǎn)化的提高，設(shè)備維護費用越來越經(jīng)濟，產(chǎn)品更具競爭力。 ④液壓和潤滑系統(tǒng)更加完善和標(biāo)準(zhǔn)化 國產(chǎn)四輥可逆冷軋機液壓系統(tǒng)主要為整體泵站和分散閥臺布置，軋機控制更趨于全液壓化。對伺服液壓系統(tǒng)、彎輥伺服液壓控制、厚度伺服液壓控制以及上卸卷測量及液壓控制系統(tǒng)等均廣泛用于軋機控制。 ⑤電氣傳動系統(tǒng)有了比較大的發(fā)展 開卷機、卷取機和主傳動電動機控制系統(tǒng)廣泛

38、采用全數(shù)字直流傳動裝置,供電全數(shù)字直流傳動裝置與交流傳動裝置相比，其優(yōu)點在于造價較低，控制簡單可靠、維護方便。但確定是成本太高；交流傳動與直流傳動裝置相比，其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)緊湊、維護量小、動態(tài)控制特性優(yōu)良。 ⑥電氣控制更加完善 不管是自動控制部分還是傳動部分，國產(chǎn)現(xiàn)代化軋機近期發(fā)展采用三級控制系統(tǒng)：即0級——自動化基礎(chǔ)；1級——閉環(huán)控制；2級——過程控制。裝配了多個CPU中央處理單元，系統(tǒng)的開放性很強，用戶可以自己開發(fā)和自己修改。 ⑦完善的厚度自動控制系統(tǒng) 其控制系統(tǒng)包括:輥縫控制、前饋控制、反饋控制、彎輥力補償及軋輥偏心補償。 ⑧板形自動控制系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛 國產(chǎn)板形輥及板型自動

39、控制系統(tǒng)的投入使用，將代替價格昂貴的進(jìn)口板型控制系統(tǒng)。同時，產(chǎn)品質(zhì)量又提高了檔次。 2.2四輥可逆冷軋機的結(jié)構(gòu) 圖2.1四輥可逆冷軋機結(jié)構(gòu)示意圖 2.2.1 軋機的組成硬件 四輥可逆冷軋機的主要設(shè)備有工作機座和傳動裝置，其結(jié)構(gòu)圖如2.1所示。 工作機座：由軋輥、軋輥軸承、機架、軌座、軋輥調(diào)整裝置、上軋輥平衡裝置和換輥裝置等組成。 軋輥：使金屬塑性變形的部件。軋輥外形如圖2.2所示。 軋輥軸承：支承軋輥并保持軋輥在機架中的固定位置。軋輥軸承工作負(fù)荷重而變化大，因此要求軸承摩擦系數(shù)小，具有足夠的強度和剛度，而且要便于更換軋輥。不同的軋機選用不同類型的軋輥軸承。滾動軸承的剛性大，摩

40、擦系數(shù)較小，但承壓能力較小，且外形尺寸較大，多用于板帶軋機工作輥?；瑒虞S承有半干摩擦與液體摩擦兩種。半干摩擦軋輥軸承主要是膠木、銅瓦、尼龍瓦軸承，比較便宜，多用于型材軋機和開坯機。液體摩擦軸承有動壓、靜壓和靜－動壓三種。優(yōu)點是摩擦系數(shù)比較小，承壓能力較大，使用工作速度高，剛性好，缺點是油膜厚度隨速度而變化。液體摩擦軸承多用于板帶軋機支承輥和其他高速軋機。軋輥軸承外形如圖2.3所示。 圖2.2 軋輥外形 圖2.3 軋輥軸承外形 軋機機架：由兩片“牌坊”組成以安裝軋輥軸承座和軋輥調(diào)整

41、裝置，需有足夠的強度和鋼度以承受軋制力。機架形式主要有閉式和開式兩種。閉式機架是一個整體框架，具有較高強度和剛度，主要用于軋制力較大的初軋機和板帶軋機等。開式機架由機架本體和上蓋兩部分組成，便于換輥，主要用于橫列式型材軋機。 卷取機：卷取機是將熱軋或冷軋鋼材卷取成卷筒狀的軋鋼車間輔助設(shè)備，在單機座四輥可逆冷帶軋機上則安裝在軋機的前后。此外，它也安設(shè)在連續(xù)酸洗機組、縱剪、退火、涂層等各種精整機組中。在四輥可逆冷軋機上，軋機前后都裝有帶張力卷筒的卷取機，它們交替地成為主動的或從動的，即一個卷取而另一個展開。在軋制過程中，一般需要保持有前張力和后張力。依靠這些張力，就可以降低軋制時作用在軋輥上的壓

42、力，并減少帶鋼翹曲現(xiàn)象，有利于提高帶鋼表面質(zhì)量。卷取機在卷取帶鋼過程中，鋼卷直徑在變化，這就引起卷取速度的不斷變化。為了使卷取速度與軋制速度相適應(yīng)，以及帶鋼軋制時保持張力恒定，要求卷取機的轉(zhuǎn)速是可調(diào)的，調(diào)速范圍應(yīng)適應(yīng)軋制速度變化和鋼卷直徑變化，為此，一般采用可調(diào)速的直流電動機傳動。在軋制結(jié)束后，鋼卷要從卷筒上卸下來，因此，卷取機卷筒必須做成懸臂式的。但是，卷筒是在很大張力下卷取帶鋼的，這樣卷筒軸就要承受很大的負(fù)荷(包括卷筒重量，帶鋼卷重量，彎曲帶鋼和張力所引起的力矩等)。為了保證卷筒軸的剛度和強度，減少卷筒軸的彎曲，除了增大卷筒軸尺寸外，—般在卷筒的自由端安裝可以轉(zhuǎn)動的支架。當(dāng)卷取帶鋼時，支架

43、支撐著卷筒的自由端。而在卸卷時，則支架轉(zhuǎn)向—旁，不防礙卸卷。卸卷時，用推卷機或帶卸卷小車的推卷機，將鋼卷從卷筒推出，然后運走。卷取機示意圖如圖2.4所示。 圖2.4 卷取機外形圖 軋機軌座：用于安裝機架，并固定在地基上，又稱地腳板。承受工作機座的重力和傾翻力矩，同時確保工作機座安裝尺寸的精度。 軋輥調(diào)整裝置：用于調(diào)整輥縫，使軋件達(dá)到所要求的斷面尺寸。上輥調(diào)整裝置也稱“壓下裝置”，有手動、電動和液壓三種。手動壓下裝置多用在型材軋機和小的軋機上。電動壓下裝置包括電動機、減速機、制動器、壓下螺絲、壓下螺母、壓下位置指示器、球面墊塊和測壓儀等部件。它的傳動效率低,運動部分的轉(zhuǎn)動慣性大,反應(yīng)速度

44、慢,調(diào)整精度低。70年代以來，板帶軋機采用AGC（厚度自動控制）系統(tǒng)后，在新的帶材冷、熱軋機和厚板軋機上已采用液壓壓下裝置，具有板材厚度偏差小和產(chǎn)品合格率高等優(yōu)點。 上軋輥平衡裝置：用于抬升上輥和防止軋件進(jìn)出軋輥時受沖擊的裝置。形式有：彈簧式，多用在型材軋機上；重錘式，常用在軋輥移動量大的初軋機上；液壓式，多用在四輥板帶軋機上。 換輥裝置：為了提高生產(chǎn)效率，要求軋機換輥迅速、方便。換輥方式有 C形鉤式、套筒式、小車式和整機架換輥式四種。用前兩種方式換輥靠吊車輔助操作，而整機架換輥需有兩套機架，此法多用于小的軋機。小車換輥適合于大的軋機，有利于自動化。目前，軋機上均采用快速自動換輥裝置，換

45、一次軋輥只需5～8分鐘。 傳動裝置：由電動機、減速機、齒輪座和連接軸等組成。齒輪座將傳動力矩分送到兩個或幾個軋輥上。 輔助設(shè)備：包括軋制過程中一系列輔助工序的設(shè)備。如原料準(zhǔn)備、加熱、翻鋼、剪切、矯直、冷卻、探傷、熱處理、酸洗等設(shè)備。 起重運輸設(shè)備：吊車、運輸車、輥道和移送機等。 附屬設(shè)備：有供、配電、軋輥車磨、潤滑，供、排水、供燃料、壓縮空氣、液壓、清除氧化鐵皮、機修、電修，以及環(huán)境保護等設(shè)備。 2.2.2 四輥可逆冷軋機的命名 按軋制品種、軋機型式和公稱尺寸來命名?！肮Q尺寸”的原則對型材軋機而言，是以齒輪座人字齒輪節(jié)圓直徑命名；初軋機則以軋輥公稱直徑命名；板帶軋機是以工作軋輥

46、輥身長度命名；鋼管軋機以生產(chǎn)最大管徑來命名。有時也以軋機發(fā)明者的名字來命名（如森吉米爾軋機）。 2.3 冷軋工藝流程 根據(jù)原料和產(chǎn)品的品種、規(guī)格，可逆冷軋過程如下，其一般流程見圖2.5。 酸洗：用連續(xù)酸洗機組去除熱軋帶卷的表面氧化鐵鱗。酸液過去用硫酸，現(xiàn)在多用鹽酸。酸洗前先行焊接并卷，有的還經(jīng)連續(xù)“黑退火”。酸洗后進(jìn)行清洗、烘干和剪邊、分卷。 冷軋：酸洗后的帶坯在冷軋機上軋制到成品厚度，一般不經(jīng)中間退火。五機架連軋機冷軋總壓縮率一般為60～80％，主要軋制厚度0.3～3mm的汽車板、搪瓷板和鍍鋅板。六機架連軋機主要軋制厚度 0.15～0.5mm的鍍錫薄板，冷軋總壓縮率一般為70～

47、90％。軋制中各機架（或道次）壓下量分配根據(jù)軋機允許的壓力、功率和速度，考慮到產(chǎn)量、質(zhì)量等因素綜合制定。 圖2.5 四輥可逆冷軋工藝流程 工藝潤滑：起潤滑和冷卻作用。一般用冷卻性能好的乳液，軋制薄或硬的金屬時用潤滑性能好的純油潤滑劑，例如軋制鍍錫薄板或不銹鋼用棕櫚油等。 退火：目的在于消除冷軋加工硬化，使鋼板再結(jié)晶軟化，具有良好的塑性。退火方式有用罩式爐成卷退火和用連續(xù)爐退火。成卷退火分為緊卷退火和松卷退火；連續(xù)爐退火分為立式連續(xù)爐退火和臥式連續(xù)爐退火。爐內(nèi)一般均通入保護氣體。目前大多采用罩式爐退火，雖然處理周期長，但因爐子數(shù)量多，使用靈活，投

48、資節(jié)省。連續(xù)爐退火產(chǎn)量大，其中臥式連續(xù)爐退火僅用于處理產(chǎn)量少的特殊鋼，如硅鋼的脫碳退火等。 平整：目的在于避免退火后的鋼板在沖壓時產(chǎn)生塑性失穩(wěn)和提高鋼板的質(zhì)量（平整度和表面狀況）。平整軋機有單機架可逆式和雙機架兩種,平整壓縮率為0.5～4％。雙機架平整軋機效率高,壓縮率大，可同時兼作二次冷軋用，進(jìn)一步軋薄鋼板;如與五機架連軋機配合,可生產(chǎn)0.10～0.15mm的帶卷。 鍍層、剪切和包裝：需鍍層的鋼板送鍍鋅、鍍錫或有機涂層機組加工。 一般冷軋板于平整后剪切。有縱剪和橫剪，縱剪是剪邊或按需要的寬度分條，橫剪是將帶卷按需要長度切成單張板。剪切好的成品板帶，經(jīng)檢查分類后，涂防銹油包裝出廠。 單

49、機架可逆式四輥冷軋機適合于生產(chǎn)多品種、小批量、厚度 0.2mm以上的普通碳鋼或低合金鋼。 單機架四輥可逆冷軋機在單片軋制時沒有張力，軋制的產(chǎn)品較厚(＞1mm)，速度較低(＜2m/s)，僅用于生產(chǎn)少量特殊用途的鋼板。帶鋼和薄板的單片冷軋方式見圖2.6。 圖2.6 四輥可逆冷軋機的軋制工藝 2.3.1 冷軋過程的注意要素 冷軋生產(chǎn)的特點是加工溫度低，產(chǎn)品表面無氧化鐵皮等缺陷，光潔度高，軋制速度快。在酸洗生產(chǎn)過程中應(yīng)注意：①保持防護裝置完好，以防機械傷害；②注意穿戴要求，以防酸液濺人灼傷。 冷軋速度快，清洗軋輥注意站位，磨輥須停車，處理事故時須停車進(jìn)行，切斷總電源，手柄恢復(fù)零位。采用X射線

50、測厚時，要有可靠的防射線裝置。 熱處理是保證冷軋鋼板性能的主要工序，存在的事故危險有：火災(zāi)、中毒、倒?fàn)t和掉卷。其防護措施有：①在煤氣區(qū)操作時必須嚴(yán)格遵守《煤氣安全操作規(guī)程》，保持通風(fēng)設(shè)備良好；②吊具磨損及時更換，以防吊具傷人。 在冷軋過程中必須使用冷軋油，使用冷軋油的好處是： ①有效降低磨擦系數(shù)，提供相應(yīng)的軋制力，軋制能耗低，獲得滿意的軋制參數(shù)； ②使表面光亮度高、軋延厚度均勻； ③冷卻效果好，能迅速帶走軋制熱，保護軋輥及軋件。退火性能良好，不會產(chǎn)生油燒現(xiàn)象； ④有短期的防銹性能，可提供軋件臨時防銹保護。 3 四輥可逆冷軋機的控制單元 可逆式軋制是指帶鋼在軋

51、機上往復(fù)進(jìn)行多道次的壓下變形，最終獲得成品厚度的軋制過程?？赡媸杰垯C的設(shè)備組成較簡單，是由鋼卷運送及開卷設(shè)備、軋機、前后卷取機和卸卷及輸出裝置所組成。有的軋機根據(jù)工藝要求在軋制前或軋制后增設(shè)重卷卷取機。實踐證明可逆冷軋機的作用是連軋機或其他形式的冷軋機不能替代的。而且，通過技術(shù)改造可逆軋制的工藝質(zhì)量有了較大的改善和提高。因此，與連軋機一樣，可逆冷軋機仍是現(xiàn)代冷軋帶鋼生產(chǎn)的重要組成部分。 四輥式可逆冷軋機是一種通用性很強的冷軋機，因而在冷軋生產(chǎn)中占有較大的比重。其軋制品種十分廣泛，除了沖壓用冷軋板外，還可軋制鍍錫原板、硅鋼片、不銹鋼板和高強合金鋼板，產(chǎn)品厚度為0.15～3.5mm，寬度為600

52、～1550mm，最寬達(dá)1880mm，年生產(chǎn)能力一般約為10～30萬t/a。其軋制過程如圖3.1所示。 圖3.1 四輥可逆冷軋機軋制過程 3.1 四輥可逆冷軋機的工作原理 四輥可逆冷軋機主要由支撐輥和工作輥組成，工作輥位于支撐輥之間。鋼卷經(jīng)由收放電機驅(qū)動開始釋放并向工作輥道輸送開始軋制。當(dāng)軋制完成后，經(jīng)輸送輥道向卷取機輸送，回收成鋼卷，便于搬運和運輸。軋制的目的是要得到需要一定厚度的鋼材，所以在輸送輥道末尾，一般安裝了厚度檢測儀，如X射線檢測裝置等，檢測出軋制后的厚度，送至PLC，看是否滿足國標(biāo)或廠標(biāo)要求。如果不能滿足軋制要求，再由PLC+變頻器+厚度檢測儀等組成的厚度閉環(huán)自動控制系統(tǒng)

53、，達(dá)到自動調(diào)節(jié)厚度的目的，從而最終得到需要厚度的鋼材。 3.2 四輥可逆冷軋機各單元的控制 冷軋基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)（L1級）是指從開卷機入口輥道開始到卷取機控制和卸卷小車運輸控制為止的整條軋制線上所有設(shè)備的控制和質(zhì)量控制以及數(shù)據(jù)讀入、控制接口、控制值輸出等，以及跟蹤、順序控制等。L1級自動化系統(tǒng)以PLC及多CPU控制器為基礎(chǔ)，一般采用基于通用工業(yè)VME總線的系統(tǒng)。 3.2.1 四輥可逆冷軋機傳動系統(tǒng)調(diào)速 四輥可逆冷軋機電氣傳動的主要對象是速度、位置、加速度及張力等機械參量。其中，調(diào)速是傳動的最基本的控制形式。它可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速兩大類。 如前部分所述，直流電氣傳動具有調(diào)速性能好

54、，控制精度高，線路簡單，控制方便，過載能力強，能承受頻繁沖擊負(fù)荷等優(yōu)點，因此，冷軋機主傳動一直被直流電機調(diào)速系統(tǒng)所占領(lǐng)。但直流電機有電刷磨損、體積大耗銅多、轉(zhuǎn)動慣性大、最大功率受到限制的問題。今年來，由于新型電力電子器件與大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，微處理機的廣泛應(yīng)用，以及矢量控制理論的出現(xiàn)，使得大型交流變頻調(diào)速傳動替代直流調(diào)速傳動成為現(xiàn)實。因此，在新建冷連軋機上，都采用了交流變頻調(diào)速的新技術(shù)。 對四輥可逆冷軋機來說，工藝不僅要求電機具有所需要的轉(zhuǎn)速，而且還要求轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載等外界擾動而變化，始終能精確地保持在所需要的數(shù)值上。因此，必須對電機的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)自動調(diào)節(jié)。 根據(jù)上述要求，毫無疑問電

55、氣傳動應(yīng)采用變頻調(diào)速。目前軋鋼主機的變頻調(diào)速傳動方案主要有三種：①采用晶閘管的交-交變頻調(diào)速；②高壓交-直-交變頻器；③采用大功率可關(guān)斷器件的交-直-交三電平PWM變頻調(diào)速。 我國從2001年首次開始引進(jìn)美國GE公司的三電平交直交電壓型變頻器，用于本溪鋼鐵廠1700mm熱連軋改造項目中，主回路采用IGBT器件，主傳動采用同步電機矢量控制，輸出電壓分別為3300V和6600V兩種。系統(tǒng)達(dá)到了很高的性能，并且?guī)碚嫉孛娣e小，維護工作量少，對電網(wǎng)無諧波污染，自動化程度提高的優(yōu)點。 3.2.2 四輥可逆冷軋機的厚度自動控制 厚度是板帶產(chǎn)品最主要的質(zhì)量指標(biāo)。軋件出口厚度波動主要受來料尺寸、溫度、接

56、觸面摩擦和張力變化的影響。單機架四輥可逆冷軋機軋制過程中板厚度受軋輥輥縫調(diào)節(jié)控制，連軋厚度可由輥縫或張力這兩個變量來調(diào)節(jié)，它們既有調(diào)節(jié)數(shù)量大小的不同，也有調(diào)節(jié)快慢的問題。 厚度自動控制是通過測厚儀或傳感器（如輥縫儀和壓頭等）對出口軋件厚度連續(xù)地進(jìn)行測量，并根據(jù)實測值與給定值相比較的偏差，借助于控制回路和裝置或計算機的功能程序，改變壓下位置或軋制速度，把厚度控制在允許偏差范圍內(nèi)的方法。實現(xiàn)厚度自動控制系統(tǒng)簡稱AGC系統(tǒng)。 壓下位置或軋輥轉(zhuǎn)速的改變要經(jīng)過一系列過程，才能逐漸使軋件厚度和速度發(fā)生改變。一個厚度自動控制系統(tǒng)應(yīng)由下列幾個部分組成： ①厚度的直接檢測或間接構(gòu)成 厚度控制系統(tǒng)是否精確

57、地進(jìn)行控制，首先取決于厚度或厚度偏差的來源。四輥可逆冷軋機采用X射線非接觸式測厚之外，在較低速度情況下還可以采用滾輪式接觸測厚儀。測厚儀距離軋機越遠(yuǎn)，監(jiān)測信號也就越遲鈍，慣性調(diào)節(jié)就越大。利用實測軋制力和彈跳方程可以間接得到出口軋件厚度，這時滯后很少，但精度有時受到影響。 ②壓下有效系數(shù)計算 調(diào)整一定的軋件出口厚度，需要計算相應(yīng)的輥縫調(diào)節(jié)量，這需要在軋機彈跳曲線中計算出來。 ③執(zhí)行機構(gòu) 根據(jù)輸出的控制信號通過壓下電機或液壓裝置調(diào)整壓下位置，或通過主電機改變軋制速度，調(diào)節(jié)帶鋼的張力，可以實現(xiàn)厚度的控制。 ④控制方式 根據(jù)軋制過程中對厚度的控制方法不同，一般可分為監(jiān)控式、厚度計式、張力式

58、、速度式等厚度自動控制系統(tǒng)。按控制方式不同可分為反饋式、前饋式、復(fù)合式。 圖3.2 AGC控制系統(tǒng)框圖 圖3.2是測厚儀厚度自動控制系統(tǒng)的框圖。鋼材從軋機中軋出之后，通過軋機后面測厚儀測出實際軋出厚度并與給定厚度值相比較，得到厚度偏差，當(dāng)兩者數(shù)值相等時，厚度差運算器的輸出為零。否則出現(xiàn)厚度偏差，這時便將它反饋給厚度自動控制裝置，變換為輥縫調(diào)節(jié)量的控制信號，輸出給壓下電機帶動壓下螺釘作相應(yīng)的條件，以消除此厚度偏差。 四輥可逆冷軋機的控制單元還包括有外置自動控制系統(tǒng)（APC）、連軋張力控制系統(tǒng)等，這里不在一一敘述了。 4 電控單元器件的選擇及參數(shù)設(shè)計 工業(yè)現(xiàn)代化的

59、進(jìn)程，對生產(chǎn)過程的自動控制和信息通信提出了更高的要求。工業(yè)自動化已經(jīng)從單機的PLC控制發(fā)展到多PLC、多變頻器及人機界面的網(wǎng)絡(luò)控制。目前，PLC控制技術(shù)、變頻器調(diào)速技術(shù)等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于“制造自動化”和“過程自動化”兩大領(lǐng)域，包括鋼鐵、機械、冶金、石油等各個部門。 冶金行業(yè)工藝流程十分復(fù)雜，節(jié)能降耗的空間非常巨大，因此PLC與變頻器在冶金行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。 4.1 PLC的簡介及選擇 可編程控制器是工業(yè)自動化的基礎(chǔ)平臺。在工業(yè)現(xiàn)場中用于對大量的數(shù)字量和模擬量進(jìn)行控制，例如電磁閥的開閉、電動機的起停、溫度壓力的設(shè)定、產(chǎn)品的計數(shù)與控制等。 4.1.1 可編程序控制器的特點 ①可靠

60、性高，抗干擾能力強 PLC是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的，故對于可能受到的電磁干擾、高低溫及電源波動等影響，已在PLC硬件及軟件是設(shè)計上采取了措施。如在硬件方面采用了模塊式的結(jié)構(gòu)，對易受干擾影響工作的部件采取了電和磁的屏蔽，對I/O接口采用了光電隔離，對電源及I/O接口線路采用了多種濾波等。而在軟件方面采用故障檢測、診斷、信息保護和恢復(fù)等手段，一旦發(fā)生異常，CPU立即采取有效措施，防止故障擴大，使PLC的可靠性大大提高。 ②結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活 PLC在硬件結(jié)構(gòu)上采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，各種輸入輸出信號模塊、通信模塊及一些特殊功能模塊品種齊全。針對不同的控制對象，可以方便、靈活地組成不同要求的控

61、制系統(tǒng)。硬件接線簡單，一般不需要很多配套的外圍設(shè)備。 ③編程方便，易于使用 PLC采用了與繼電器控制電路有許多相似之處的梯形圖作為主要的編程語言，程序形象直觀，指令簡單易學(xué)，編程步驟和方法容易理解和掌握，不需要具備專門的計算機知識，只要具有一定的電工和工藝知識。 ④功能完善，適應(yīng)性強 PLC具有對數(shù)字量和模擬量很強的處理能力，如邏輯運算、算術(shù)運算、特殊函數(shù)運算等。PLC具有常用的控制功能，如PID閉環(huán)回路控制、中斷控制等。PLC可以擴展特殊功能，如高速計數(shù)、電子凸輪控制、伺服電動機定位、多軸運動插補控制等。PLC可以組成多種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、上位監(jiān)控等功能。 4.1.2 PLC

62、的選擇 四輥可逆冷軋機是一種高精度的可逆冷軋設(shè)備，因此對控制設(shè)備的控制要求極高。為了保證加工精度、安全性以及易操作性等，四輥可逆冷軋機對電氣控制系統(tǒng)提出了以下要求： ①軋制速度要有較高的穩(wěn)定裕度，正常軋制時，軋制速度為30～60m/min可調(diào)，點動速度為5m/min，速度精度為靜態(tài)1%，軋機快速起停車時間不超過5秒； ②冷軋操作時要求可以快速頻繁起制動。兩側(cè)輥縫不平衡時，可單獨調(diào)整軋機任意兩側(cè)壓下螺釘； ③操作方便，并具備必要的顯示功能，如軋制線速度、電流、電壓、運行狀態(tài)、故障顯示等。 軋制的最終目的是得到目標(biāo)厚度的鋼材，整個軋制過程不允許鋼材厚度出現(xiàn)太大的波動，因此從軋機末尾出來的

63、鋼材厚度必須在控制精度范圍內(nèi)，否則為不合格軋制，所以整個控制系統(tǒng)中心必須具備很高的控制精度。而控制鋼材厚度的AGC系統(tǒng)又有著非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，必須進(jìn)行復(fù)雜的PID模型運算，而一般的計算機是不能完全正確處理這么復(fù)雜多樣的數(shù)學(xué)模型的，必須采用專用的工業(yè)控制計算機（PLC）才能滿足要求。 自動控制系統(tǒng)是代替人工進(jìn)行操作的，還必須具有很高的可靠性和安全性，才能達(dá)到人們的要求。四輥可逆冷軋過程中，當(dāng)初次軋制后，檢測不合格，還必須逆運動回去進(jìn)行第二次軋制，如此反復(fù)，才能軋制成滿足國標(biāo)或廠標(biāo)的鋼帶產(chǎn)品。而可逆軋制時，驅(qū)動電機必須滿足能及時準(zhǔn)確的可逆允許。 西門子PLC以其強大的功能、優(yōu)越的性能和良好的

64、穩(wěn)定性，已經(jīng)在各行各業(yè)生產(chǎn)線控制中被廣泛使用，尤其是軋鋼領(lǐng)域應(yīng)用的更是普遍。四輥可逆冷軋機的控制系統(tǒng)對控制器的精度和速度要求都很苛刻，冷軋機產(chǎn)品原料通常都很薄，軋制過程厚度控制難度較大，同時還要對張力、速度進(jìn)行精確控制。作為高精度的四輥可逆冷軋機，不久要求其控制精度高，同時還要對控制過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確測量，對工藝過程參數(shù)做進(jìn)一步的準(zhǔn)確分析和研究。 因此，從安全性和可靠性等方面綜合考慮，PLC型號選用S7-300系列已能達(dá)到要求，因此不必選用擁有更高可靠性的S7-400系列。其PLC整個硬件系統(tǒng)選擇為：①電源（PS307）；②CPU（CPU317）；③AI模塊（SM331，型號6ES7 331

65、-1KF01-0AB0）；④AO模塊（SM332,型號6ES7 332-5HD01-0AB0）；⑤DI模塊（SM323，型號6ES7 323-1BL00-0AB0）；⑥D(zhuǎn)O模塊（SM322，型號6ES7 322-1CF00-OAA0）；⑦擴展機架（SM338，型號6ES7 338-4BC01-0AB0）。其主要功能有：各液壓、潤滑站的連鎖邏輯及起?？刂?；各站的液位、壓力、溫度等信號的監(jiān)測與報警；各傳動的供電、運行、邏輯、故障檢測及處理；整個生產(chǎn)線各段在不同運行模式下的各類連鎖控制；斷帶檢測及保護動作；自動減速和準(zhǔn)確停車。系統(tǒng)中PLC部分接受操作臺命令、變頻器信號以及軸編碼器等，經(jīng)分析后給出變頻

66、器運行信號，并向變頻器發(fā)出模擬速度信號。此外PLC部分還實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對各種故障情況進(jìn)行及時的分析和處理。同時，變頻器接受到PLC發(fā)出的起/停和運行控制信號，根據(jù)給定速度模擬量的大小控制電動機運行。速度控制采用帶有速度反饋的矢量控制方式控制電機，并利用數(shù)字I/O口設(shè)計電機的正反轉(zhuǎn)。 4.2 變頻器的簡介及選擇 變頻器也叫電動機變頻器，是一種靜止的頻率變換器。它能把電力配電網(wǎng)的50Hz恒定頻率交流電，變換成可調(diào)頻率的交流電，供交流異步電動機作電源用。應(yīng)用變頻器不僅可以節(jié)約大量的能源，而且還能實現(xiàn)機電一體化。運用它的空間矢量控制技術(shù)，可在各行各業(yè)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，使得電動機在低速時輸出較大的力矩。 4.2.1 變頻器的簡介 變頻器通常都由主電路和控制電路組成。其結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。 圖4.1 變頻器結(jié)構(gòu)圖 主電路主要由以下幾個部分組成： ①整流部分 通常又被稱為電網(wǎng)側(cè)交流部分，其作用是把三相或單相交流電整流成直流電。常見的低壓整流部分是由二極管構(gòu)成的不可控三相橋式電路或由晶閘管構(gòu)成的可控三相橋式電路。而對中壓大容量的整流