Điều chỉnh công suất của hệ truyền động trục cán để thỏa mãn yêu cầu cán thô trong dây chuyền cán nóng liên tục
Qua khảo sát, tính toán và mô phỏng hệ thống
truyền động trục cán ở chế độ cán thô chỉ
dùng bộ điều khiển PID (PD) với các thông số
cố định ta nhận thấy:
Chất lượng động của hệ thống truyền động
tương đối đảm bảo yêu cầu thể hiện là tốc độ
tăng đều và gia tốc giữ không đổi. Tuy nhiên,
trong hệ thống có mạch vòng lực căng là mạch
vòng có tính phi tuy ến mà hệ thống chỉ mô
phỏng với thông số cố định nên chất lượng của
hệ thống chưa cao. Do vậy, ta thấy dạng tín
hiệu ra của dòng điện, tốc độ và lực căng có
dao động. Để giải quyết vấn đề này chúng ta
có thể dùng các phương pháp điều khiển hiện
đại để nâng cao chất lượng hệ thống.
5 trang |
Chia sẻ: linhmy2pp | Ngày: 17/03/2022 | Lượt xem: 223 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Điều chỉnh công suất của hệ truyền động trục cán để thỏa mãn yêu cầu cán thô trong dây chuyền cán nóng liên tục, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177
ĐIỀ U CHỈ NH CÔNG SUẤ T CỦ A HỆ TRUYỀ N ĐỘ NG TRỤ C CÁ N ĐỂ THOẢ MÃ N
YÊU CẦ U CÁ N THÔ TRONG DÂY CHUYỀ N CÁ N NÓ NG LIÊN TỤ C
CÓ CÔNG SUẤT NHỎ
*
Nguyễn Thị Chinh , Võ Quang Lạp
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên
TÓM TẮT
Trong công nghệ cán yêu cầu: Cán thô mô men không đổi, công suất biến thiên, cán tinh công suất
không đổi và mômen bi ến thiên. Ở chế độ cán thô, việc điều chỉnh tốc độ và thực hiện đồng tốc
giữa các trục cán đều do điều chỉnh công suất. Từ việc nghiên cứu công nghệ và tìm hiểu thực tế
các hệ thống truyền động trục cán ở Việt Nam, trong đó có hệ thống truyền động trục cán ở nhà
máy cán NatsteelVina. Bài báo này phân tích và tổng hợp hệ chuyền động trục cán làm việc ở chế
độ cán thô trong dây truyền cán nóng liên tục có công suất nhỏ. Sự xuất hiện không đồng tốc độ
giữa các trục cán được giải quyết nhờ mạch vòng lực căng là mạch vòng phi tuyến. Kết quả tính
toán nhận được bộ điều chỉnh lực căng là khâu tỉ lệ, đạo hàm (PD) với thông số phụ thuộc vào
thông số đối tượng điều khiển trong sơ đồ cấu trúc. Mô phỏng hệ truyền động trục cán nhận thấy
chất lượng của hệ tương đối tốt, sẽ là cơ sở cho việc khai thác hết khả năng của các thiết bị đang
có ở nước ta, đồng thời tiếp tục nghiên cứu những bộ điều điều khiển hiện đại đưa vào mạch vòng
lực căng để nâng cao chất lượng của hệ truyền động trục cán trong chế độ cán thô của dây chuyền
cán nóng liên tục.
Từ khóa: cán thô, cán tinh, điều chỉnh công suất, cán nóng liên tục, mạch vòng lực căng.
MỞ ĐẦU chế độ cán tinh việc điều chỉnh tốc độ được
Trong các dây chuyền cán nóng liên tục có hiện ở mạch kích từ.
U51V4 U51V4
công suất nhỏ, một trục cán làm việc ở hai RY1 RY2
OPDI AL OPDI CONIKOMOVE
CLOSE AL RESET OF OVER OF CLOSERESET AL CURRENT....
SPEED ZERO SPEED
CLOSE Bt OVER CURE OVER Bt CLOSE MOTOR CLOSE DC AL MOTOR CLOSE DC BY
JOCUBE-HID
CLOSE AL CLOSE
CLOSECO-ORDINATING AL OPERATION
CLOSEORDINATING AL OPERATION
CLOSE AL LOOP CONTION CLOSELOOP AL
(NO1RCO)
RY3 RY1 RY4 RY2 RY3 RY4 RY1 RY2 RY1 RY2 RY1 RY1 RY2 RY1
U61V4 U61V4 U61V4 U61V4 U61V5 U61V5 U62V5 U62V5 U64V6 U63V3 U41V4 U41V4 U72V3
U63V3
RY3
U61V5 U61V5 U62V5 U62V5 U64V6
chế độ, vừa cán thô vừa cán tinh . Việ c điề u RY1 RY2 RY3 RY4 RY
V V V V AC 440 V
50 HZ
U62V5 U62V5
RY3 RY3 U53V5
RY2
ADC1
chỉnh công suất để điều chỉnh tốc độ và thực U61V5 U62V5 U62V5 U64V6 U51V4 U61V4
U63V3
U62V5 U62V5 U62V5 U62V5 U63V4 RY1 RY1 U302
RY3 RY3 RY3 RY3 U301
U63V5 U63V5
RY2 RY1
U63V4 U63V2
U61V4
RY4 U63V3
U302
hiệ n đồ ng tố c giữ a cá c trụ c cá n chỉ đượ c thự c U301
U63V1 U63V1 U52 U42
U61V4 U62V5
RY3 RY3
DCX
-10 V
VRH-ID10
MC
SPEED SETTING FOR
INDIVIDUAL CONTROL
hiệ n ở chế độ cá n thô . Còn ở chế độ cán tinh, (VRH-ID14)
- - -
+ U61V2
U62V3 U62V2 U62V2
9KW
VRH - CO14 SPEED SETTING FOR PQ DM
CO-ORDINATIVE ONTROL 110V
(SUCH ADJUSTMENT)
1000rpm 110KW
63 DC 220V
công suất trục cán được giữ không đổi. Với (2621) 0-1500rpm
K13
(2521)
SPEED SETTING FOR K12
- (2321)
CASCADE CONTROL K11
ROUCH ADJUSTMENT (2221)
K10
U62V1 (2021)
K9
U62V5
DEERCASE K8
(1921)
K7 U72V5 U41V1
VRH-D14 (1621)
việc thiết kế như vậy sẽ làm cho việc đầu tư K6 RY1 RY1
(1921)
DEERCASE K5
(1321) DCC1
K4 U31 U41V4 U41V3
U301 U41V2 RY2
U42
U54V6 U31
U302 U71V4 U72V4 U72V4 U53
VOLTACE DETECTOR U41V1 U41V2 TUVF-220/B6
CONECTION DUCRAUS OF THESE V1.V2.V3.V4
kinh tế ít, thu hồi vốn nhanh. Những dây UNIT ARE PUT IN ORDER AS US(U54)
U71-U64-U62-U61-U63-U52-U42-U301
RY1 (U302)-U41-U53-U31-74
U41V4
+7.5 V RY2
U54V4
+2.5 V
LOOP DETECCTOR
(2371)
-15 V C4
U72V3 U41V4
AC 200 V
-5 V
chuyền cán nóng liên tục được thiết kế như U64V3
F 50 HZ
nêu ở trên thường dùng để sản xuất thép xây U64V1
H×nh 3-1. S¬ ®å nguyªn lý hÖ
dựng có chất lượng thấp và những dây chuyền thèng truyÒn ®éng trôc c¸n NatSteel Ltd
cán này thường có phổ biến ở nước ta.
Trong những dây chuyền cán này, việc điều Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hê ̣ thống
chỉnh tốc độ trục cán được thực hiện nhờ hệ truyền đông̣ truc̣ cán
truyền động cho trục cán. Hệ truyền động cho TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
trục cán trong dây chuyền cán nóng liên tục Để đánh giá được chất lượng hệ thống chuyền
đang được sử dụng phổ biến hiện nay ở nước động cho các trục cán trong các dây truyền
ta là hệ T - Đ. Ví dụ như hệ thống truyền cán đang có ở nước ta, thì việc phân tích tổng
động trục cán trong dây chuyền cán nóng liên hợp và tiến hành mô phỏng hệ truyền động là
tục ở nhà máy cán Natsteel Vina, được thể một yêu cầu rất quan trọng. Từ sơ đồ nguyên
hiện qua sơ đồ nguyên lý như hình vẽ 1. Ở lý mạch điện ở hình vẽ 1, xây dựng được sơ đồ
chế độ cán thô, việc điều chỉnh tốc độ được cấu trúc hệ truyền động trụ c cá n như hình 2.
thực hiện ở mạch phần ứng động cơ, còn ở
Tel: 0914414329 , Email:
173
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177
WCBIkt
I(p)
Iđ (-) Uđk Ikt
W ư E U (p)
Ri WiKT WT WKT K dk
2 UI(p)
UIđ
Ri(p)
Nhiễu
đ U (p) Uđ
T i Ud 1/Jp
đ W W
WRT WR RI k T1 WĐ (-)
M
(-) (-) c
(-) (-) (-)
WCBI
WCB
WCBT 1/p Hình 4. Sơ đồ thu gọn mạch vòng dòng điện
Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động trục cán
như trong [1] để tìm hàm truyền của bộ điều
Với sơ đồ cấu trúc này sẽ tiến hành tổng hợp
chỉnh dòng điện.
hệ truyền động làm việc ở chế độ cán thô, chế Từ sơ đồ hình 4 ta có: I( p)
S0i ( p)
độ cán tinh sẽ tiếp tục nghiên cứu sau. Sơ đồ U dk p
cấu trúc hệ truyền động ở chế độ cán thô được K .K 1
S ( p) cl i .
thể hiện như hình 3. 0i R 1 p.T 1 pT 1 p.T 1 p.T
dk v i u
T đ Uiđ Ui(p) Uđk Ud
đ Bỏ qua các hệ số bậc cao ta có:
WRT WR WRI WT1 WĐ KΦ 1/J
p Kcl .Ki
(-) (-) (-) Mc R
WCBI S ( p)
oi 1 p.T 1 p.T
si u
W
CB Trong đó: Tsi = Ti + Tv +Tđk << Tư
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có hàm
WCBT 1/p
truyền của hệ thống kín:
Hình 3. Sơ đồ khối hệ thống ở chế độ cán thô 1
FOMi ( p) 2
1 2 2 .p
Trong sơ đồ này hệ truyền động T -Đ có hai Mặt khác, theo hình 4 ta có:
mạch vòng âm tốc độ và âm dòng điện để ổ n R p .S ( p)
i oi
đị nh tố c độ và dò ng điệ n , còn mạch vòng FOMi ( p)
1 R ( p).S ( p)
mạch vòng lực căng để th ực hiện đồng tốc i oi
giữ a cá c trụ c cá n . Qua phân tích thấy rõ thực FOMi ( p)
Ri ( p)
chất của mạch vòng lực căng là mạch vòng vị Soi ( p) FOMi ( p).Soi ( p)
trí. Vì vậy, việc xây dựng mô hình cấu trúc hệ 1
Ri ( p)
truyền động như hình 3 là hợp lý. Quá trình KCL.Ki
tổng hợp hệ thống được thực hiện từ mạch R
.2 p1 p
vòng trong ra đến mạch vòng ngoài. Kết quả (1 p.Tsi )(1 p.Tu )
tổng hợp mỗi mạch vòng sẽ chọn được bộ Chọn = min (Tsi, Tu) = Tsi .Ta có hàm
điều chỉnh thích hợp (xem [1],[4]). truyền của bộ điều chỉnh dòng điện :
Tổng hợp mạch vòng dòng điện 1 p.T R.T 1
Sơ đồ cấu trúc thu gọn của mạch vòng dòng R ( p) u u 1
i T 2.K .K .T p.T
điện khi bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động 2 p.K .K . si CL i si u
CL i p
như hình 4.
Trong bài báo này tiến hành tổng hợp mạch Ri(p) là khâu tỷ lệ - tích phân (PI)
vòng dòng điện theo tiêu chuẩn tối ưu modul Tổng hợp mạch vòng tốc độ:
174
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng tốc độ như Tổng hợp mạch vòng lực căng theo tiêu chuẩn
hình vẽ 5. tối ưu modul như [1] tìm được hàm truyền của
Uđ U(p) (p) bộ điều chỉnh lực căng có dạng khâu PD:
R(p) S0(p)
K
(-)
RT ( p) (1 2Ts .p) Với:
K r .KT .2.TT
Hình 5. Sơ đồ thu gọn mạch vòng tốc độ
RT KP KD.p ;
Trong bài báo này, áp dụng theo tiêu chuẩn tối
K K .Ts
ưu modul như trong [1] để xác định hàm K P ; KD
truyền của bộ điều chỉnh tốc độ. Kr .KT .2TT Kr .KT .TT
Trong đó: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
1 1 R K
Thông số động cơ truyền động trục cán lấy từ
So ( p) . . .
(1 2Tsi.p) Ki K..Tc.p (1 p.T ) Nhà máy cán Natsteel Vina ở Công ty Gang
thép Thái Nguyên như sau:
Đặt Ts 2.Tsi T Ts rất nhỏ.
Pđm Uđm nđm đm Lư Rư
R.K (Kw) (V) (v/p) (%) (H) ()
Ta có: So ( p)
K i .K..Tc .p(1 p.Ts ) 110 220 1500 90 0,0016 0,019
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có: Vớ i : Tv=0,0033 s ; Tđk= 0,00015s ;
1 Ti=0,0025s ; T = 0,0015s ; TT = 0,3s
F ( p)
OM 1 2. .p 2 2 p 2 Sau khi tính toán các thông số của hệ thống
theo tiêu chuẩn tối ưu modul, tìm ra hàm
Mặt khác, theo hình 5 ta có:
truyền của các khâu hiệu chỉnh, tiến hành
FOM ( p) ghép nối các khâu lại với nhau và kiểm
R ( p)
So ( p) FOM ( p).So ( p) nghiệm lại hệ thống. Sử dụng phần mềm
1 Matlab-Simulink [2],[3] để tiến hành mô
R ( p)
R.K phỏng hệ thống ở chế độ cán thô khi khối điều
.2 .p(1 ) chỉnh lực căng dùng bộ điều khiển PID (PD).
Ki.K.T .p 1 p.T
c s Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển như hình 7.
Chọn σ = Ts. Ta có hàm truyền của bộ điều
chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu modul:
K i .K.Tc
R ( p) ; R(p) là khâu tỷ lệ (P)
R.K .2.Ts
Kết quả khi tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng
tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
Hình 7. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển
( p) 1 1 1 1
. . ở chế độ cán thô
2 2
d ( p) 1 2Ts .p 2Ts p K 1 2Ts .p K
Tổng hợp mạch vòng lực căng
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng lực căng
như hình 6.
Td(p) ( p) 1 1 K T(p)
RT(p) . r
( p) 1 2T .p K p
(- d s
)
KT
1 p.TT
175H×nh 6. S¬ ®å cÊu tróc thu gän m¹ch vßng
lùc c¨ng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177
Kết quả mô phỏng hệ điều khiển ở chế độ cán KẾT LUẬN
thô khi khối điều chỉnh lực căng dùng bộ điều Qua khảo sát, tính toán và mô phỏng hệ thống
khiển PID (PD) như hình 8. truyền động trục cán ở chế độ cán thô chỉ
dùng bộ điều khiển PID (PD) với các thông số
cố định ta nhận thấy:
Chất lượng động của hệ thống truyền động
tương đối đảm bảo yêu cầu thể hiện là tốc độ
tăng đều và gia tốc giữ không đổi. Tuy nhiên,
trong hệ thống có mạch vòng lực căng là mạch
vòng có tính phi tuy ến mà hệ thống chỉ mô
phỏng với thông số cố định nên chất lượng của
hệ thống chưa cao. Do vậy, ta thấy dạng tín
hiệu ra của dòng điện, tốc độ và lực căng có
dao động. Để giải quyết vấn đề này chúng ta
có thể dùng các phương pháp điều khiển hiện
đại để nâng cao chất lượng hệ thống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn
Văn Liễn, Dương Văn Nghi (1999), Điều chỉnh tự
động truyền động điện, Nxb Khoa học kỹ thuật
[2] N.P.Quang, Matlab và Simulink dành cho kỹ
Hình 8. Kết quả mô phỏng với sư điều khiển tự động, Nxb Khoa học và kỹ thuật
lực căng Td=10V HN.
[3] William S.Levine University of Maryland,
Using Matlab to analyze and Design Control
Systems.
[4] Ing. Karel Kreysa, CSc, Navrhování Regulací
I.
176
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177
POWER REGULATION OF ROLL TRANSMISSION SYSTEM TO SATISFY
COARSE ROLLING REQUIREMENT IN THE CONTINUOUS
HOT ROLLING LINE WITH SMALL POWER
Nguyen Thi Chinh,,Vo Quang Lap
Thai Nguyen University of Technology
SUMMARY
The requirement in rolling technology are: moment is constant and power varies for in coarse
rolling, power is constant and moment varies for finishing rolling. In coarse rolling mode, speed
control and synchronous between rollers by reason of power regulation. From technology resarch
and fact-finding roll drive systems in VietNam, include the roll drive system of Natsteed Vina
rolling mill. This paper anylysis and synthesis roll transmission system which it’s working is
roughing in the small continuous hot rolling line. The apprarance of speed is different between
rollers is solved within the tension-loop which is nonlinear. The calculation obtained tension force
regulator is proportional, derivative (PD) with the parameters depended on the parameters of
control object in the structure diagram. The drive system simulation found that quality of system is
fair well, that will be the basis for exploitation the moximum capabilities of the devices, which are
existing in our country, simultaneously continue research the modern controller insert tension
force-loop to raise the quality of roll drive systems which in coarse roll mode of the continuous hot
rolling line.
Key word: coarse rolling, finishing rolling, power regulation, continuous hot rolling,
tension force-loop.
Tel: 0914414329 , Email:
177
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- dieu_chinh_cong_suat_cua_he_truyen_dong_truc_can_de_thoa_man.pdf