冷轧带钢横剪伺服控制系统的研究

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近年来,我国钢铁工业正在从钢铁大国朝着钢铁强国的方向发展,产品结构发生变化,同时我国的冶金自动化技术取得了长足的进步,但与国际先进的自动化技术相比,还存在较大差距。钢铁工业的发展,为我国冶金自动化技术的发展既提供了机遇,又提出了新的课题。因此,在消化吸收国外先进生产线的基础上,开发具有我国自主知识产权的钢铁生产线是大势所趋,对于开展核心技术的自主创新、提升产品国际竞争力、打破国外企业的垄断、节省巨额外汇、钢铁行业节能减排等具有十分重要的现实意义。在冷轧工艺中,横剪生产线的任务是把平整后的带钢剪切成定尺长度的钢板,再经过矫直和涂油,堆垛成一定质量的板垛。本文以通钢集团四平钢铁制品有限公司钢板横剪线为背景,介绍了该生产线的生产工艺及技术指标;根据厂方要求,设计了一条定尺精度≤±0.3mm的冷轧带钢生产线。控制系统采用性能先进的西门子S7-400、S7-300系列模块采集现场信息,监控现场设备;以西门子、安川伺服变频驱动系统作为运动控制系统主要执行元件,以上位机作为操作人员和机器设备之间双向沟通的桥梁,用Profibus-DP总线把自动控制系统元件组成了一个先进的运动控制系统网络,使操作变得简单生动,并且方便电气技术人员进行维护。文中对横剪控制系统的硬件组成和软件编程进行了相应的阐述。其中,定尺送料部分是本生产线的关键环节,执行电机性能的好坏关系到整条生产线的速度与精度。本系统采用全闭环伺服控制系统,执行电机采用响应速度快、控制精度高、制动性能好的永磁同步电机,取代直流电机。文中介绍了永磁同步电机的结构和原理,论述了永磁同步电机的数学模型,并进行了基于矢量控制的电流滞环仿真分析。仿真结果验证,此控制系统响应快,抗干扰性能好。钢板定尺长度是横剪过程中关键的控制参数。由于钢板长度受到外来因素的干扰,如钢板厚度不均、钢板材质不同、表面有油质等因素,很难建立准确的数学模型;而传统的控制方法又很难达到比较理想的控制效果,所以采用先进的智能控制算法-模糊控制策略。通过实验室仿真与现场大量的调试实践,该策略能够准确定位,剪切的钢板长度满足要求,成品率极高。在本文最后,阐述了系统调试的过程,基于理论联系实际的思想,处理了现场调试中所遇到的典型问题。目前,本系统已在通钢集团四平钢铁制品有限公司投产了一年多,运行效果良好,故障率低,提高了生产效率,达到了厂方的要求;带来了良好的经济效益和社会效益,受到了用户的好评。
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