本發(fā)明屬于電氣及自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種無(wú)縫鋼管連軋機(jī)組芯棒限動(dòng)小車的控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

無(wú)縫鋼管熱連軋機(jī)按芯棒運(yùn)行方式的不同，可分為全浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)(MM)、半浮動(dòng)芯棒連軋管機(jī)(Neuval)和限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)(MPM)三種類型。限動(dòng)芯棒連軋管機(jī)的應(yīng)用，降低了設(shè)備成本，克服了芯棒長(zhǎng)度和重量的限制，改善了鋼管質(zhì)量，并使生產(chǎn)出的鋼管直徑和長(zhǎng)度都顯著地增加。

限動(dòng)芯棒就是軋制時(shí)芯棒以限定速度控制運(yùn)行。在每一個(gè)軋制周期內(nèi)，都包含一個(gè)芯棒速度變化的周期，即芯棒的速度制度，其一般原則為：高速穿棒、高速回退和合適的限動(dòng)速度。采用高速穿棒和回退是為了縮短軋制周期，提高節(jié)奏，減小溫降。使用直流電機(jī)和單臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)的控制方法，因轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等限制而無(wú)法達(dá)到所要求的加減速時(shí)間，而無(wú)法有效保證軋制效果。鑒于限動(dòng)系統(tǒng)工藝的特殊性，本方案采用4臺(tái)交流異步電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的主從控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種無(wú)縫鋼管連軋機(jī)組芯棒限動(dòng)小車的控制系統(tǒng)及控制方法，縮短限動(dòng)系統(tǒng)加減速時(shí)間，安全可靠，提升效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種無(wú)縫鋼管連軋機(jī)組芯棒限動(dòng)小車的控制系統(tǒng)，包括限動(dòng)齒條、支撐滑輪以及傳動(dòng)齒輪，限位齒條中部橫向間隔均布安裝有多個(gè)支撐滑輪，支撐滑輪限位滑動(dòng)安裝在軋制線上，其特征在于：限動(dòng)齒條的上、下兩側(cè)均為連續(xù)的齒形結(jié)構(gòu)，限動(dòng)齒條的上、下兩側(cè)分別間隔設(shè)置有兩個(gè)傳動(dòng)齒輪，每個(gè)傳動(dòng)齒輪均安裝有一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該四臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)限位齒輪從而帶動(dòng)限位齒條沿軋制線的前、后運(yùn)動(dòng)；

每臺(tái)電機(jī)均連接有一逆變裝置，每臺(tái)逆變裝置串聯(lián)一整流/回饋裝置，整流/回饋裝置均通過(guò)整流變壓器連接主電路，該四臺(tái)電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)。

而且，所述電機(jī)的控制系統(tǒng)均采用兩臺(tái)S120逆變裝置并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)逆變裝置900KW，并聯(lián)后額定電流約1730A，最大電流約2500A。

而且，所述電機(jī)為交流異步電機(jī)，最高電壓為660V，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是821rpm，在821～1600rpm轉(zhuǎn)速段進(jìn)入弱磁調(diào)速。

而且，控制系統(tǒng)有兩個(gè)控制單元，該兩個(gè)控制單元分別設(shè)定為主控制單元和從控制單元，主控制單元控制兩臺(tái)電機(jī)，從控制單元控制兩臺(tái)電機(jī)，主控制單元連接PLC，主控制單元與從控制單元之間通過(guò)通信模塊連接，完成四臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配，使四臺(tái)電機(jī)中，一臺(tái)電機(jī)控制系統(tǒng)作為主電機(jī)工作在速度環(huán)，其余三臺(tái)電機(jī)作為從電機(jī)接收來(lái)自主電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值工作在轉(zhuǎn)矩環(huán)。

而且，所述主、從控制單元均采用CU320-2DP模塊，通信模塊選用兩塊CBE20選件板進(jìn)行SIMANICS Link通訊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制單元之間的高速通訊。

而且，主電機(jī)接收PLC發(fā)出的快停信號(hào)，三臺(tái)從電機(jī)不接收快停信號(hào)，四臺(tái)電機(jī)在快停過(guò)程中仍保持主從控制；在系統(tǒng)停車后，將從電機(jī)的合閘信號(hào)撤銷。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

本發(fā)明通過(guò)該主從控制方式，保證了四臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡分配，該芯棒限動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，最快生產(chǎn)周期達(dá)到了30s，日產(chǎn)量最高超過(guò)了2000噸，達(dá)到了預(yù)期控制效果。

附圖說(shuō)明

圖1：芯棒限動(dòng)齒條的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖2：限動(dòng)芯棒運(yùn)行曲線示意圖，其中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為速度；

圖3：芯棒限動(dòng)電控系統(tǒng)單線圖；

圖4：限動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩實(shí)際值對(duì)比曲線，從上到下依次為1號(hào)至4號(hào)電機(jī)；

圖5：限動(dòng)電機(jī)運(yùn)行速度和轉(zhuǎn)矩實(shí)際值曲線，三條曲線從上到下依次為來(lái)自PLC的速度給定值，速度實(shí)際值和轉(zhuǎn)矩實(shí)際值。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種無(wú)縫鋼管連軋機(jī)組芯棒限動(dòng)小車的控制系統(tǒng)，如圖1所示，限動(dòng)小車的控制系統(tǒng)包括限動(dòng)齒條2、支撐滑輪3以及傳動(dòng)齒輪1，限動(dòng)齒條長(zhǎng)度達(dá)25.6m、重40t，限位齒條中部橫向間隔均布安裝有多個(gè)支撐滑輪，支撐滑輪限位滑動(dòng)安裝在軋制線上；齒條的前端4設(shè)有芯棒，齒條的尾端安裝夾持卡爪，可快速夾緊、松開(kāi)芯棒；

限動(dòng)齒條的上、下兩側(cè)均為連續(xù)的齒形結(jié)構(gòu)，限動(dòng)齒條的上、下兩側(cè)分別間隔設(shè)置有兩個(gè)傳動(dòng)齒輪，每個(gè)傳動(dòng)齒輪均驅(qū)動(dòng)安裝有一個(gè)交流異步電機(jī)，該四臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)限位齒輪帶動(dòng)限位齒條沿軋制線的前、后運(yùn)動(dòng)。

該四臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)均采用西門(mén)子SINAMICS S120系列變頻裝置，以實(shí)現(xiàn)高精度的矢量控制，為了滿足電機(jī)基速以下過(guò)載1.55倍的要求，每臺(tái)電機(jī)的控制系統(tǒng)采用兩臺(tái)S120逆變裝置并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)逆變裝置900KW，并聯(lián)后額定電流約1730A，最大電流約2500A。

每臺(tái)電機(jī)均連接有一逆變裝置，每臺(tái)逆變裝置串聯(lián)一整流/回饋裝置，整流/回饋裝置均通過(guò)整流變壓器連接主電路。

按照生產(chǎn)線的工藝要求，限動(dòng)芯棒的最大前進(jìn)速度為2.7m/s，最大返回速度為4.5m/s，最大加速度3m/s²；為了達(dá)到此要求，限動(dòng)齒條的傳動(dòng)采用四臺(tái)交流異步電機(jī)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，以減小電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

由于限動(dòng)系統(tǒng)工藝的特殊性，既要求電機(jī)在低速限動(dòng)段有較高的轉(zhuǎn)矩，又要求在高速回退段較高的速度，所以電機(jī)采用特殊定制電機(jī)。定制電機(jī)的參數(shù)如表1所示。

表1限動(dòng)電機(jī)參數(shù)表

由電機(jī)參數(shù)可知，電機(jī)轉(zhuǎn)速在450rpm以下時(shí)，電機(jī)電壓在370V以下，電流為1351A；電機(jī)的最高電壓為660V，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是821rpm，在821～1600rpm轉(zhuǎn)速段進(jìn)入弱磁調(diào)速。

限動(dòng)芯棒齒條傳動(dòng)電機(jī)為四套相互獨(dú)立的傳動(dòng)系統(tǒng)，由于四個(gè)傳動(dòng)齒輪在齒條側(cè)的剛性嚙合，電機(jī)的速度必須相同，如果四臺(tái)電機(jī)都作為獨(dú)立的速度控制，在運(yùn)行過(guò)程中每臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩難以保證均衡一致。

本系統(tǒng)采用一個(gè)速度環(huán)，三個(gè)轉(zhuǎn)矩環(huán)的主從控制結(jié)構(gòu)，既要保證整個(gè)系統(tǒng)的速度同步，又要保證電機(jī)的力矩均衡。

系統(tǒng)的控制方法：

控制系統(tǒng)包括有兩個(gè)控制單元，每個(gè)控制單元控制兩臺(tái)電機(jī)，兩個(gè)控制單元分別設(shè)定為主控制單元(Cu_Master)和從控制單元(Cu_Slave)，其中，主控制單元控制1號(hào)和2號(hào)電機(jī)兩臺(tái)電機(jī)，從控制單元控制限動(dòng)3號(hào)和限動(dòng)4號(hào)電機(jī)兩臺(tái)電機(jī)，主控制單元連接PLC，主控制單元與從控制單元之間通過(guò)通信模塊連接，完成四臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配，實(shí)現(xiàn)主從控制。

主、從控制單元均采用CU320-2DP模塊，選用兩塊CBE20選件板進(jìn)行SIMANICS Link通訊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制單元之間的高速通訊。該通訊的主要任務(wù)，一是完成四臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配，實(shí)現(xiàn)主從控制；二是完成兩臺(tái)控制單元以及四臺(tái)電機(jī)的故障連鎖。

傳動(dòng)控制：

由于四臺(tái)電機(jī)軸輸出端的剛性連接，傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行一主三從的同步控制，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的平均分配。選擇1號(hào)電機(jī)控制系統(tǒng)作為主，工作在速度環(huán)；其他3臺(tái)電機(jī)控制系統(tǒng)接收來(lái)自主電機(jī)的轉(zhuǎn)矩給定值，工作在轉(zhuǎn)矩環(huán)；轉(zhuǎn)矩的給定值選擇總轉(zhuǎn)矩設(shè)定r79。

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由于限動(dòng)裝置帶動(dòng)齒條往復(fù)運(yùn)行，在異常狀態(tài)下若不能及時(shí)停止，極有可能引起撞擊，損壞設(shè)備。為此，需要對(duì)電機(jī)的快停，急停等進(jìn)行特殊處理。在快停時(shí)，為保證四套系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡，只有主電機(jī)接收快停信號(hào)，三臺(tái)從電機(jī)不接收來(lái)自PLC的快停信號(hào)，以使四套裝置在快停過(guò)程中仍保持主從控制；在系統(tǒng)停車后，再將從裝置的合閘信號(hào)撤銷。

急停功能在該系統(tǒng)中被禁止。

通過(guò)該控制方式，保證了四臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡分配，達(dá)到了主從控制的效果。

盡管為說(shuō)明目的公開(kāi)了本發(fā)明的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。