冷轧带钢横剪伺服控制系统的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第二章 横剪生产线工艺流程及其技术参数
• 2.1 工艺流程介绍
• 2.2 定尺送料剪切机构介绍
• 2.2.1 定尺送料机构
• 2.2.2 剪切机构
• 2.3 原料与成品工艺技术参数
• 2.3.1 原料与成品规格
• 2.3.2 机组工艺参数
• 2.4 本章小结
• 第三章 永磁同步电机伺服控制系统
• 3.1 永磁同步电机的结构和原理
• 3.2 永磁同步电机的数学模型
• 3.3 矢量控制策略
• 3.4 基于矢量控制的电流滞环仿真分析
• 3.4.1 基于矢量控制的电流滞环模型建立
• 3.4.2 仿真结果
• 3.5 全闭环伺服控制系统
• 3.6 本章小结
• 第四章 模糊控制策略
• 4.1 模糊控制理论简介
• 4.1.1 模糊控制理论
• 4.1.2 模糊控制系统的组成
• 4.2 钢板定位过程
• 4.3 模糊控制器的设计
• 4.4 模糊控制系统的仿真
• 4.5 模糊PID研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 横剪控制系统设计
• 5.1 可编程逻辑控制器
• 5.1.1 程序控制系统
• 5.1.2 系统程序设计
• 5.2 拉料辊伺服调速系统
• 5.3 剪板机调速系统
• 5.4 板长检测系统
• 5.4.1 旋转编码器
• 5.4.2 高速计数模块
• 5.4.3 板长检测程序
• 5.5 人机界面设计
• 5.5.1 组态软件介绍
• 5.5.2 人机界面编程
• 5.6 模糊控制程序的实现
• 5.7 本章小结
• 第六章 系统调试与问题处理
• 6.1 电气控制系统安装与调试
• 6.1.1 电控装置的安装
• 6.1.2 电控系统的调试
• 6.2 安川伺服驱动器调试
• 6.3 西门子6SE70变频器调试
• 6.4 典型问题处理
• 6.4.1 测量辊问题
• 6.4.2 胶辊问题
• 6.4.3 板带问题
• 6.4.4 6SE70问题
• 6.5 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参与的科研项目
• 学位论文评阅及答辩情况表