Điều chỉnh công suất của hệ truyền động trục cán để thỏa mãn yêu cầu cán thô trong dây chuyền cán nóng liên tục

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 Mà 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  p1  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 Uđ 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