УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ НАТЯЖНЫХ СТАНЦИЙ

Полезная модель относится к области управления и регулирования процессами, и может быть использована на агрегатах непрерывного нанесения покрытий на металлическую полосу, например, агрегатах непрерывного горячего цинкования и агрегатах полимерных покрытий.
Известно устройство для управления электродвигателями натяжных станций, которое предназначено для создания необходимого натяжения на секции и транспортировки полосы. В устройстве реализован принцип косвенного регулирования натяжения полосы в межсекционном промежутке посредством регулирования момента одних электродвигателей и скорости других электродвигателей натяжных станций. Устройство управления электродвигателями натяжных станций, содержит модули управления ведомыми электропривода, каждый из которых содержит блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорционально-интегральный регулятор скорости, блок ограничения момента, управляемый преобразователь электроэнергии, и модуль управления ведущим электроприводом содержащий блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорционально-интегральный регулятор скорости, управляемый преобразователь электроэнергии. (Иванов Г.М., Иванов А.Г. Электропривод в химической и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности: Монография - М.: МГИУ, 2008. 480 с., ил., стр.359-370, 376-378.).
При применении данного устройства к натяжным станциям на агрегатах непрерывного нанесения покрытий на металлическую полосу, в модулях управления ведомых электроприводов, которые осуществляют регулирование момента, пропорционально-интегральный регулятор скорости переведен в неактивное (насыщенное) состояние за счет введения в канал задания скорости дополнительного сигнала на «обгон» равный 8% от текущего задания на скорость. При этом регулирование момента производится за счет изменения уставки заданного момента в блоке ограничения момента. Уставка заданного момента включает в себя статическую составляющую, пропорциональную натяжению, силам трения, моменту изгиба и динамическую составляющую, пропорциональную ускорению электропривода. Каждый раз при изменении сортамента металла перечисленные составляющие момента для каждого из электроприводов необходимо пересчитывать в зависимости от ширины, толщины полосы и требуемого натяжения.
Недостатком известного устройства является его низкая надежность из-за неравномерной загрузки электроприводов. При изменении сортамента металла необходимо выполнить точный расчет статических и динамических составляющих момента, т.е. обеспечить пересчет уставки заданного момента, для модулей ведомых электроприводов натяжных станций. При неточном расчете уставки заданного момента возможна неравномерная загрузка ведомых электроприводов, а также 100%-я загрузка ведущего электропривода натяжной станции в динамических режимах, что не позволит обеспечить необходимый темп разгона (замедления) линии, т.е. ухудшит динамические показатели технологического процесса.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство управления электродвигателями первой и второй натяжных станций агрегата непрерывного нанесения покрытий на металлическую полосу, содержащее модули управления ведомыми электроприводами, каждый из которых содержит первый блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорциональный регулятор скорости, второй блок алгебраического суммирования и управляемый преобразователь электроэнергии, при этом в каждом модуле управления ведомым электроприводом первый вход первого блока алгебраического суммирования предназначен для подачи сигнала задания скорости линии агрегата, второй вход первого блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости, выход первого блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционального регулятора скорости, выход которого соединен с первым входом второго блока алгебраического суммирования, второй вход второго блока алгебраического суммирования соединен с интегральной частью пропорционально-интегрального регулятора скорости модуля управления ведущим электроприводом, выход второго блока алгебраического суммирования является выходом модуля управления ведомого электропривода и соединен с входом управляемого преобразователя электроэнергии, модуль управления ведущим электроприводом, содержит блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорционально-интегральный регулятор скорости, и управляемый преобразователь электроэнергии, при этом в модуле управления ведущим электроприводом первый вход блока алгебраического суммирования предназначен для подачи сигнала задания скорости линии агрегата, второй вход блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости, выход блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора скорости, первый выход пропорционально-интегрального регулятора скорости является выходом модуля управления ведущим электроприводом и соединен с входом управляемого преобразователя электроэнергии, а второй выход пропорционально-интегрального регулятора скорости является его интегральной частью (см. пат. РФ 103080, В21В 39/00).
Недостатком указанного устройства является низкая надежность из-за порчи полосы при выполнении операции сварки конца полосы с одного разматывателя и начала полосы с другого разматывателя. Для выполнения операций по сварке полосы, необходимо в ручном режиме выполнить команду одиночный толчок полосы первой натяжной станции вперед. Сварка осуществляется до первой натяжной станции при нулевой скорости полосы. При выполнении команды одиночный толчок полосы между первой и второй натяжными станциями возникает провис полосы, т.е. накапливается полоса, а вся нагрузка от натяжения, создаваемого входным накопителем полосы, ложится на ролик ведущего электропривода второй натяжной станции. Входной накопитель полосы расположен после второй натяжной станции. Чтобы скомпенсировать натяжение входного накопителя интегральная часть регулятора скорости ведущего электропривода увеличивается примерно в 4 раза, создавая необходимый момент (натяжение). После снятия команды одиночный толчок полосы с первой натяжной станции и окончания операций по сварке полосы большая интегральная часть регулятора скорости ведущего электропривода подается на ведомые электропривода, заставляя вращаться ролики первой натяжной станции в обратном направлении. При этом скорость вращения роликов первой натяжной станции в несколько раз выше скорости разматывателя, который расположен до сварочной машины и наматывает на себя накопленную полосу между станциями после операции по сварке полосы. Из-за разности скоростей разматывателя и роликов первой натяжной станции, перед первой натяжной станцией образуются складки полосы, что вызывает порчу полосы и замедляет процесс пуска натяжных станций после операции по сварке полосы, связанный с удалением испорченной полосы. В результате надежность работы устройства управления электродвигателями натяжных станций снижается, что для производств с непрерывным технологическим процессом является весьма существенным недостатком.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в исключении образования складок, т.е. исключения порчи полосы и ускорение процесса пуска натяжных станций после операции по сварке полосы.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство управления электродвигателями натяжных станций агрегата непрерывного нанесения покрытий на металлическую полосу, содержащее модули управления ведомыми электроприводами, каждый из которых содержит первый блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорциональный регулятор скорости, второй блок алгебраического суммирования и управляемый преобразователь электроэнергии, при этом в каждом модуле управления ведомым электроприводом первый вход первого блока алгебраического суммирования предназначен для подачи сигнала задания скорости линии агрегата, второй вход первого блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости, выход первого блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционального регулятора скорости, выход которого соединен с первым входом второго блока алгебраического суммирования, выход модуля управления ведомым электроприводом соединен с входом управляемого преобразователя электроэнергии, модули управления ведомыми электроприводами соединены с интегральной частью пропорционально-интегрального регулятора скорости модуля управления ведущим электроприводом, модуль управления ведущим электроприводом, содержит блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорционально-интегральный регулятор скорости, и управляемый преобразователь электроэнергии, при этом в модуле управления ведущим электроприводом первый вход блока алгебраического суммирования предназначен для подачи сигнала задания скорости линии агрегата, второй вход блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости, выход блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора скорости, первый выход пропорционально-интегрального регулятора скорости является выходом модуля управления ведущим электроприводом и соединен с входом управляемого преобразователя электроэнергии, а второй выход пропорционально-интегрального регулятора скорости является его интегральной частью, в отличие от ближайшего аналога первый и второй модули управления ведомыми электроприводами снабжены интегральным регулятором скорости, первым и вторым управляемыми ключами, блоком ограничения, выход которого является выходом модуля управления ведомым электроприводом, при этом третий вход первого блока алгебраического суммирования предназначен для подачи сигнала задания скорости полосы в режиме одиночный толчок, четвертый вход первого блока алгебраического суммирования предназначен для подачи сигнала задания скорости полосы в режиме подача натяжения вход интегрального регулятора скорости соединен с выходом первого блока алгебраического суммирования, выход интегрального регулятора скорости соединен со вторым входом первого управляемого ключа, первый вход первого управляемого ключа соединен с интегральной частью пропорционально-интегрального регулятора скорости модуля управления ведущего электропривода, выход первого управляемого ключа соединен со вторым входом второго блока алгебраического суммирования, выход которого соединен с входом блока ограничения, вход уставки блока ограничения через второй управляемый ключ соединен с интегральной частью пропорционально-интегрального регулятора скорости модуля управления ведущего электропривода.
Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства управления электродвигателями натяжных станций.
Сущность полезной модели поясняется чертежом с элементами кинематической схемы электроприводов натяжных станций, принятых в качестве механизмов, ответственных за поддержание заданного натяжения и скорости полосы в линии агрегата.
Заявляемое устройство управления электродвигателями 1, 2, 3, 4 первой И второй натяжных станций 5, 6 содержит модули управления ведомыми электроприводами 7, 8, 9, которые идентичны и в дальнейшем представлено описание одного 7 модуля. Модуль управления 7 содержит первый блок алгебраического суммирования 10, датчик скорости 11, установленный на валу электродвигателя 1, пропорциональный регулятор скорости 12, второй блок алгебраического суммирования 13 и управляемый преобразователь электроэнергии 14. В модуле управления 7 первый вход первого блока алгебраического суммирования 10 предназначен для подачи сигнала задания скорости линии агрегата, второй вход первого блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости 11. Выход первого блока алгебраического суммирования 10 соединен с входом пропорционального регулятора скорости 12, выход которого соединен с первым входом второго блока алгебраического суммирования 13. Выход модуля управления ведомым электроприводом 7 соединен с входом управляемого преобразователя электроэнергии 14. Модули управления ведомыми электроприводами 7, 8, 9 соединены с интегральной частью пропорционально-интегрального регулятора скорости 15 модуля управления ведущим электроприводом 16. Модуль управления ведущим электроприводом 16, содержащий блок алгебраического суммирования 17, датчик скорости 18, установленный на валу электродвигателя 4, пропорционально-интегральный регулятор скорости 15, и управляемый преобразователь электроэнергии 19. В модуле управления ведущим электроприводом 16 первый вход блока алгебраического суммирования 17 предназначен для подачи сигнала задания скорости линии агрегата, второй вход блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости 18. Выход блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора скорости 15. Первый выход пропорционально-интегрального регулятора скорости является выходом модуля управления ведущим электроприводом 16 и соединен с входом управляемого преобразователя электроэнергии 19, а второй выход пропорционально-интегрального регулятора скорости 15 соединен с модулями управления ведомыми электроприводами 7, 8, 9. При этом в устройстве управления электродвигателями натяжных станций первый 7 и второй 8 модули управления ведомыми электроприводами снабжены интегральным регулятором скорости 20, первым 21 и вторым 22 управляемыми ключами, блоком ограничения 23, выход которого является выходом модуля управления ведомым электроприводом 7. Третий вход первого блока алгебраического суммирования 10 предназначен для подачи сигнала задания скорости полосы в режиме одиночный толчок, четвертый вход первого блока алгебраического суммирования 10 предназначен для подачи сигнала задания скорости полосы в режиме подача натяжения. Вход интегрального регулятора скорости 20 соединен с выходом первого блока алгебраического суммирования 10, выход интегрального регулятора скорости 20 соединен со вторым входом первого управляемого ключа 21. Первый вход первого управляемого ключа 21 соединен с интегральной части пропорционально-интегрального регулятора скорости 15 модуля управления ведущего электропривода 16. Выход первого управляемого ключа 21 соединен со вторым входом второго блока алгебраического суммирования 13, выход которого соединен с входом блока ограничения 23. Вход уставки блока ограничения 23 через второй управляемый ключ 22 соединен с интегральной частью пропорционально-интегрального регулятора скорости 15 модуля управления ведущего электропривода 16.
Отличительной особенностью заявляемого технического решения является то, что после операции по сварке полосы скорость вращения роликов первой натяжной станции равна скорости разматывателя, при этом не образуются складки полосы и исключена ее порча. Процесс пуска натяжных станций после операции по сварке полосы происходит без задержки.
зад
двиг
двиг
зад
ПИ
И
ПИ
зад
И
зад
двиг
двиг
зад
П
И
П
И
зад
И
Устройство управления электродвигателями 1, 2, 3, 4 первой и второй натяжных станций 5, 6 с модулями управления ведомыми электропривода 7, 8, 9 и модулем управления ведущим электроприводом 16 работает следующим образом. В автоматическом режиме на первый и второй входы блока алгебраического суммирования 17 поступают сигналы задания скорости линии агрегата ω и сигнал обратной связи ω от датчика скорости 18, установленного на валу электродвигателя 4. На выходе блока 17 формируется сигнал ошибки Δω, который поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора скорости 15. При наличии отклонения фактической скорости вращения электродвигателя ω от заданной скорости ω регулятор скорости 15 формирует два сигнала, первый содержит сумму пропорциональной и интегральной части М, второй - интегральную часть М. Первый сигнал М подается на управляемый преобразователь электроэнергии 19, который, регулируя момент электродвигателя 4, обеспечивает поддержание заданной скорости линии агрегата ω. Второй сигнал М подается на модули управления 7, 8, 9. В автоматическом режиме сигналы управления на ключи 21 и 22 не поступают, при этом выход ключа 21 соединен со своим первым входом, на который поступает сигнал Ми с интегральной части пропорционально-интегрального регулятора скорости 15. Ключ 22 разомкнут, т.е. регулирование уставки блока ограничения 23 отсутствует. На первый и второй входы первого блока алгебраического суммирования 10, поступают сигналы задания скорости линии агрегата ω и сигнал обратной связи ω от датчика скорости 11, установленного на валу электродвигателя 1. На выходе блока 10 формируется сигнал ошибки Δω, который поступает на вход пропорционально регулятора скорости 12. При наличии отклонения фактической скорости вращения электродвигателя ω от заданной скорости ω регулятор скорости 12 формирует сигнал М, который поступает на первый вход второго блока суммирования 13, на второй вход блока 13 поступает сигнал М с интегральной части пропорционально-интегрального регулятора скорости 15. На выходе блока 13 формируется суммарный сигнал (М+М), который без изменений со стороны блока ограничения 23 подается на управляемый преобразователь электроэнергии 14. Преобразователь 14 регулирует момент электродвигателя 1 и обеспечивает поддержание заданной скорости линии агрегата ω. В автоматическом режиме работы устройства управления электродвигателями натяжных станций все четыре электродвигателя работают как один, благодаря тому, что все четыре модуля управления имеют общую интегральную часть М пропорционально-интегрального регулятора скорости 15. При равенстве мощностей электродвигателей каждый создает четвертую часть натяжения создаваемого обеими натяжными станциями. Натяжение полосы после второй натяжной станции 6 выше, чем до первой натяжной станции 5, т.е. электродвигатели увеличивают натяжение полосы.
И
зад
двиг
толчок
двиг
двиг
толчок
П
И
П
И
П
И
толчок
натяж
двиг
двиг
натяж
П
И
П
И
П
И
И
П
И
натяж
натяж
Для выполнения операции сварки конца полосы с одного разматывателя и начала полосы с другого разматывателя в автоматическом режиме скорость полосы снижают до нуля. Чтобы полоса, не проскальзывала относительно приводных роликов, на обеих натяжных станциях опускают прижимные ролики на полосу. Разматыватель, на котором заканчивается полоса, снижает натяжение полосы до нуля перед первой натяжной станцией 5. Чтобы сохранить неизменное натяжение полосы после второй натяжной станции 6 электродвигатели натяжных станций 5 и 6 увеличивают свои моменты, за счет увеличения интегральной части пропорционально-интегрального регулятора скорости 15. Переводят управление натяжными станциями на ручной режим, т.е. станции 5 и 6 управляются независимо друг от друга. В ручном режиме на управляемый ключ 21 подается сигнал, который разрывает соединение выхода ключа 21 с его первым входом и замыкает выход ключа со вторым его входом. При таком переключении интегральная часть М пропорционально-интегрального регулятора скорости 15 разрывается, модули 7 и 8 работают со своими интегральными регуляторами скорости 20. В ручном режиме электродвигатели первой натяжной станции 5 не создают натяжение, так как сигнал задания скорости линии агрегата ω и сигнал обратной связи ω от датчика скорости 11 равны нулю, интегральная часть интегрального регулятора скорости 20 также равна нулю. Вместо четырех электродвигателей необходимое натяжение после второй натяжной станции 6 создает только приводной ролик ведущего электропривода, за счет увеличения интегральной части пропорционально-интегрального регулятора скорости 15. Первый приводной ролик второй натяжной станции 6 не создает натяжение, так как на нем отсутствует прижимной ролик. Для выполнения операций по сварке полосы, необходимо в ручном режиме выполнить команду одиночный толчок полосы первой натяжной станции 5 вперед. На третий и второй входы блока алгебраического суммирования 10 поступают сигналы задания скорости полосы в режиме одиночный толчок ω и сигнал обратной связи ω от датчика скорости 11, установленного на валу электродвигателя 1. На выходе блока 10 формируется сигнал ошибки Δω, который поступает на вход пропорционально 12 и интегрального 20 регуляторов скорости. При наличии отклонения фактической скорости вращения электродвигателя ω от заданной скорости полосы в режиме одиночный толчок ω пропорциональный регулятор скорости 12 формирует пропорциональную часть М, а интегральный регулятор скорости 20 формирует интегральную часть М. Пропорциональная часть М поступает на первый вход второго блока алгебраического суммирования 13, интегральная часть М через управляемый ключ 21 поступает на второй вход блока 13. На выходе блока 13 формируется суммарный сигнал (М+М), который без изменений со стороны блока ограничения 23 подается на управляемый преобразователь электроэнергии 14. Преобразователь 14 регулирует момент электродвигателя 1 и обеспечивает поддержание заданной скорости полосы в режиме одиночный толчок ω. После выполнения команды одиночный толчок полосы между натяжными станциями 5 и 6 возникает провис полосы, т.е. накапливается полоса. Всю нагрузку от натяжения, создаваемую входным накопителем полосы, держит приводной ролик ведущего электропривода второй натяжной станции 6. Для удаления накопленной полосы между натяжными станциями 5 и 6 необходимо в ручном режиме выполнить команду подача натяжения полосы на первую натяжную станцию 5. На четвертый и второй входы блока алгебраического суммирования 10 поступают сигналы задания скорости полосы в режиме подача натяжения ω и сигнал обратной связи ω от датчика скорости 11, установленного на валу электродвигателя 1. На выходе блока 10 формируется сигнал ошибки Δω, который поступает на вход пропорционально 12 и интегрального 20 регуляторов скорости. При наличии отклонения фактической скорости вращения электродвигателя ω от заданной скорости полосы в режиме подача натяжения ω пропорциональный регулятор скорости 12 формирует пропорциональную часть М, а интегральный регулятор скорости 20 формирует интегральную часть М. Пропорциональная часть М поступает на первый вход второго блока алгебраического суммирования 13, интегральная часть М через управляемый ключ 21 поступает на второй вход блока 13. На выходе блока 13 формируется суммарный сигнал (М+М), который подается на вход блока ограничения 23. При выполнении команды подача натяжения полосы на первую натяжную станцию 5 ключ 22 замыкается, т.е. на вход уставки блока ограничения 23 поступает сигнал М с интегральной части пропорционально-интегрального регулятора скорости 15. На выходе блока ограничения 23 формируется сигнал пропорциональный (М+М), который ограничен уставкой блока ограничения 23, и который подается на управляемый преобразователь электроэнергии 14. Преобразователь 14 регулирует момент электродвигателя 1 и обеспечивает поддержание заданной скорости полосы в режиме подача натяжения ω При этом скорость полосы в режиме подача натяжения ω равна скорости, с которой разматыватель сматывает накопленную полосу между натяжными станциями 5 и 6, при этом перед первой натяжной станцией 5 не образуются складки полосы, что не вызывает порчу полосы. После того как разматыватель намотает накопленную полосу, он создает необходимое натяжение перед первой натяжной станцией 5, при этом приводные ролики первой натяжной станции 5 создают необходимое натяжение перед второй натяжной станцией 6, натяжение регулируется уставкой блока ограничения 23.
После удаления накопленной полосы между натяжными станциями 5 и 6, и создания необходимого натяжения перед первой натяжной станцией 5 устройство управления электродвигателями натяжных станций переводят в автоматический режим.
натяж
натяж
Благодаря применению в данном устройстве в модулях управления ведомыми электроприводами 7 и 8 первой натяжной станции 5 интегрального регулятора скорости 20, первого 21 и второго 22 управляемых ключей, блока ограничения момента 23, сигнала задания скорости полосы в режиме подача натяжения ω, процесс операции сварки конца полосы с одного разматывателя и начала полосы с другого разматывателя происходит без образования складок полосы, т.е. без порчи полосы. Отключение в ведомом электроприводе 7 и 8 интегральной части регулятора скорости 15 ведущего электропривода 16 и подключение собственного интегрального регулятора скорости 20 управляемым ключом 21 обеспечивает скорость приводных роликов первой натяжной станции 5 равной скорости разматывателя. После того как разматыватель намотает накопленную полосу между натяжными станциями 5 и 6, он создает необходимое натяжение перед первой натяжной станцией 5. При этом приводные ролики первой натяжной станции 5 создают необходимое натяжение перед второй натяжной станцией 6. Натяжение регулируется уставкой блока ограничения 23. Уставка, через замкнутый управляемый ключ 22, подается в виде уменьшающейся интегральной части регулятора скорости 15 ведущего электропривода 16. По сигналу задания скорости полосы в режиме подача натяжения ω нагрузка на ведущий электропривод 16 уменьшается, так как ведомые электропривода 7 и 8 создают необходимое натяжение перед второй натяжной станцией 6.