一種氣墊爐微張力控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金熱處理生產控制領域，特別是涉及一種使用氣墊式熱處理爐作為生產線加熱裝備的生產線爐內張力控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]氣墊爐是一種采用強對流沖擊加熱技術的加熱裝備，鋁合金帶材在爐內通常被加熱至540?560°C。爐內高溫狀態(tài)帶材的塑性劇增，張力的大小和穩(wěn)定性與產品質量及機組生產效率息息相關，張力偏大會引起其截面收縮，寬度變窄，冷卻后板形翹曲，嚴重時甚至會導致斷帶事故。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明就是針對現有技術存在的問題，提供一種氣墊爐微張力控制系統(tǒng)及方法，可以實現帶材在爐內I?2N/mm2的微張力精確控制以及帶材運輸。
[0004]上述目的是通過下述方案實現的:
[0005]—種氣墊爐微張力控制系統(tǒng)，其特征在于，所述張力控制系統(tǒng)包括爐前張力輥組
(I)、偏導輥(2)、安裝在所述偏導輥(2)和氣墊爐之間的測張輥(3)、爐內輥道(4)、爐后張力輥組(6)、安裝在所述爐后張力輥組(6)和氣墊爐之間的低張力糾偏輥(5)、張力控制器；所述爐前張力輥組(I)包括4根張力輥，每根張力輥均配備帶編碼器的電機和變頻器；所述偏導輥(2)包括一根輥，并配備帶編碼器的電機和變頻器；所述測張輥(3)是在張力輥上安裝水平式張力計；所述爐內輥道(4)包括2組夾送輥，并配備2套帶編碼器傳動電機和和變頻器；所述爐后張力輥組(6)包括4根張力輥，并且每根張力輥均配備帶編碼器的電機和變頻器；所述張力控制器包括速度補償PI控制器和負荷分配器，所述速度補償PI控制器用于控制爐前張力輥組(I)的速度，所述速度補償PI控制器的輸入是設定張力與實際張力的差值，輸出對象是爐前張力輥組(I)的速度補償值，所述負荷分配器用于對爐前張力輥組組內的張力輥按電機能力按比例分配負載并且保證速度飽和。
[0006]—種使用上述系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，爐內張力控制閉環(huán)是由爐前張力輥組⑴的速度、測張輥⑵的檢測張力與設定張力組成；爐內張力靠調整爐前張力輥組(I)的速度來控制，控制策略采用PI控制策略，張力輥組速度設定值Vset= (1+α λ PI)vpro_s，式中:α為修正系數，在O?I范圍內取值；λΡΙ*ΡΙ控制器的輸出值；vprarass為氣墊爐內帶材運行速度值。
[0007]根據上述的控制方法，其特征在于，PI控制器的比例系數與積分系數是和張力控制范圍對應的，1-1OkN劃分三段系數范圍，分別為lkN-3kN、3kN-6kN、6kN-10kN。根據不同的張力值選擇相應范圍的比例系數和積分系數，提高爐內張力控制精度。
[0008]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的控制系統(tǒng)和方法可以實現爐內帶材張力在I?2N/mm2內控制精度穩(wěn)定在-5%?5%，有效提高爐內張力控制精度和速度穩(wěn)定性，避免了因張力不穩(wěn)定使帶材產生塑性變形，加熱不均等問題。
【附圖說明】
[0009]圖1是氣墊爐張力控制系統(tǒng)的設備配置；
[0010]圖2是氣墊爐張力控制原理圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本專利的實施例進行詳細說明。
[0012]參見圖1，本發(fā)明的張力控制系統(tǒng)包括爐前張力輥組1、偏導輥2、安裝在偏導輥2和氣墊爐之間的測張輥3、爐內輥道4、爐后張力輥組6、安裝在爐后張力輥組6和氣墊爐之間的低張力糾偏輥5以及張力控制器；爐前張力輥組I包括4根張力輥，每根張力輥均配備帶編碼器的電機和變頻器；偏導輥2包括一根輥，并配備帶編碼器的電機和變頻器；測張輥3是在張力輥上安裝水平式張力計；爐內輥道4包括2組夾送輥，并配備2套帶編碼器傳動電機和和變頻器；爐后張力輥組6包括4根張力輥，并且每根張力輥均配備帶編碼器的電機和變頻器。參見圖2，張力控制器包括速度補償PI控制器和負荷分配器，速度補償PI控制器用于控制爐前張力輥組I的速度，速度補償PI控制器的輸入是設定張力與實際張力的差值，輸出對象是爐前張力輥組I的速度補償值，負荷分配器用于對爐前張力輥組組內的張力輥按電機能力按比例分配負載并且保證速度飽和。
[0013]實施過程主要包括氣墊爐張力輥道系統(tǒng)的速度控制和爐內帶材的微張力控制，二者相互關聯，不可分割。為此，氣墊爐設置張力速度調整輥組，爐內設置帶材穩(wěn)定夾送輥4，此外爐前設有測張輥3。在本實施例中每個輥道均配備獨立變頻電機和編碼器。
[0014]爐前張力輥組I的控制方式均采用速度控制，組內均采用主從控制，大功率電機對應的輥道電機為主輥，其余輥道為從輥。主輥電機控制采用速度控制方式，從輥電機控制采用速度飽和轉矩限幅的控制方式，其中轉矩限幅設定值來源于主輥電機的轉矩實際值乘以負荷分配因數。并且從輥的轉矩設定值要考慮加速轉矩補償，主從控制在圖2負荷分配器中實現。爐后張力輥組6的控制方式與爐前張力輥組I控制原理相同。
[0015]偏導輥2和爐內夾送輥4采用跟隨控制，其實現原理是采用速度飽和轉矩限幅的方式。轉矩限幅值I= Tte^UTset，其中Tiwi為加速轉矩補償值；T F_t為摩擦轉矩補償值；Tset為輥道實現跟隨其電機所需的最小轉矩。
[0016]爐內微張力控制由爐前張力輥組1、測張輥3與爐后張力輥組6通過基于PI控制策略的張力控制器實現，如圖2所示。控制過程中爐后張力輥組的為速度基準輥組，爐前張力輥組I為控制對象，PI控制器控制其速度補償。通過速度調整實現爐內微張力控制，與轉矩控制相比這種方式可以提高張力響應，弱化活套張力波動的影響。
[0017]爐內張力控制閉環(huán)是由爐前張力輥組I的速度、測張輥2的檢測張力與設定張力組成；爐內張力靠調整爐前張力輥組I的速度來控制，控制策略采用PI控制策略，張力輥組速度設定值Vset= (1+α λ PI) Vpraess，式中:α為修正系數，在O?I范圍內取值；λ PISPI控制器的輸出值；v_rass為氣墊爐內帶材運行速度值。
[0018]為實現全范圍張力精確控制，PI控制參數劃分為三段，分別為lkN-3kN、3kN-6kN、6kN_10kN。在每一范圍內均存在一組比例系數和積分系數。這種控制方式最大化提升了控制精度和響應速度。
【主權項】
1.一種氣墊爐微張力控制系統(tǒng)，其特征在于，所述張力控制系統(tǒng)包括爐前張力輥組(I)、偏導輥(2)、安裝在所述偏導輥(2)和氣墊爐之間的測張輥(3)、爐內輥道(4)、爐后張力輥組(6)、安裝在所述爐后張力輥組(6)和氣墊爐之間的低張力糾偏輥(5)、張力控制器；所述爐前張力輥組(I)包括4根張力輥，每根張力輥均配備帶編碼器的電機和變頻器；所述偏導輥(2)包括一根輥，并配備帶編碼器的電機和變頻器；所述測張輥(3)是在張力輥上安裝水平式張力計；所述爐內輥道(4)包括2組夾送輥，并配備2套帶編碼器傳動電機和和變頻器；所述爐后張力輥組(6)包括4根張力輥，并且每根張力輥均配備帶編碼器的電機和變頻器；所述張力控制器包括速度補償PI控制器和負荷分配器，所述速度補償PI控制器用于控制爐前張力輥組(I)的速度，所述速度補償PI控制器的輸入是設定張力與實際張力的差值，輸出對象是爐前張力輥組(I)的速度補償值，所述負荷分配器用于對爐前張力輥組組內的張力輥按電機能力按比例分配負載并且保證速度飽和。2.—種使用如權利要求1所述系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，爐內張力控制閉環(huán)是由爐前張力輥組(I)的速度、測張輥(2)的檢測張力與設定張力組成；爐內張力靠調整爐前張力輥組(I)的速度來控制，控制策略采用PI控制策略，張力輥組速度設定值Vset =(1+α λ PI) Vpro_s，式中:α為修正系數，在O?I范圍內取值；λΡΙ為PI控制器的輸出值；&。。_為氣墊爐內帶材運行速度值。3.根據權利要求2所述的控制方法，其特征在于，PI控制器的比例系數與積分系數是和張力控制范圍對應的，1-1 OkN劃分三段系數范圍，分別為I kN-3kN、3kN-6kN、6kN_ I OkN。根據不同的張力值選擇相應范圍的比例系數和積分系數，提高爐內張力控制精度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣墊爐微張力控制方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)在爐前設置張力輥組、偏導輥、測張輥、爐內設置夾送輥、爐后設置低張力糾偏輥和張力輥組。爐前張力輥組和爐后張力輥組的控制方式均采用速度控制。爐內微張力控制由爐前張力輥組、測張輥與爐后張力輥組設備，通過基于PI控制策略的張力控制器實現。本發(fā)明可以實現高精度、高穩(wěn)定性的氣墊爐微張力控制，有效提高爐內帶材加熱性能穩(wěn)定性，為高精度板溫控制奠定了基礎。
【IPC分類】C21D11/00, C21D9/56, C22F1/04
【公開號】CN105063342
【申請?zhí)枴緾N201510422622
【發(fā)明人】李家棟, 王昭東, 李勇, 高俊國, 付天亮, 曲武廣, 鄭曉錫, 許玉峰
【申請人】東北大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月17日