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

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (602.8 KB, 5 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 65(03): 173 - 177
ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG TRỤC CÁN ĐỂ THOẢ MÃN

YÊU CẦU CÁN THÔ TRONG DÂY CHUYỀN CÁN NÓNG LIÊN TỤC

CÓ CÔNG SUẤT NHỎ

Nguyễn Thị Chinh* , Võ Quang Lạp

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Ngun

TĨM TẮT

Trong cơng nghệ cán u 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 cơng 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 thơ 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 vịng 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 thơ, cán tinh, điều chỉnh cơng suất, cán nóng liên tục, mạch vịng lực căng. 
MỞ ĐẦU

Trong các dây chuyền cán nóng liên tục có

cơng suất nhỏ, một trục cán làm việc ở hai
chế độ, vừa cán thô vừa cán tinh . Việc điều
chỉnh công suất để điều chỉnh tốc độ và thực
hiện đồng tốc giữa các trục cán chỉ được thực
hiện ở chế độ cán thô . Còn ở chế độ cán tinh,
công suất trục cán được giữ không đổi. Với
việc thiết kế như vậy sẽ làm cho việc đầu tư
kinh tế ít, thu hồi vốn nhanh. Những dây
chuyền cán nóng liên tục được thiết kế như
nêu ở trên thường dùng để sản xuất thép xây
dựng có chất lượng thấp và những dây chuyền
cán này thường có phổ biến ở nước ta.
Trong những dây chuyền cán này, việc điều
chỉnh tốc độ trục cán được thực hiện nhờ hệ
truyền động cho trục cán. Hệ truyền động cho
trục cán trong dây chuyền cán nóng liên tục
đang được sử dụng phổ biến hiện nay ở nước
ta là hệ T - Đ. Ví dụ như hệ thống truyền
động trục cán trong dây chuyền cán nóng liên
tục ở nhà máy cán Natsteel Vina, được thể
hiện qua sơ đồ nguyên lý như hình vẽ 1. Ở
chế độ cán thô, việc điều chỉnh tốc độ được
thực hiện ở mạch phần ứng động cơ, còn ở



Tel: 0914414329 , Email:

chế độ cán tinh việc điều chỉnh tốc độ được

hiện ở mạch kích từ.

TỔNG HỢP HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
Để đánh giá được chất lượng hệ thống chuyền
động cho các trục cán trong các dây truyền
cán đang có ở nước ta, thì việc phân tích tổng
hợp và tiến hành mơ phỏng hệ truyền động là
một yêu cầu rất quan trọng. Từ sơ đồ nguyên
lý mạch điện ở hình vẽ 1, xây dựng được sơ đồ
cấu trúc hệ truyền động trục cán như hình 2.

440
50
U61V5U61V5U62V5 U62V5U64V6

RY
RY4
RY3
RY2
RY1

U51V4
U51V4

RY2
RY1

RY3
U62V5

-U61V4
RY3
U61V4
RY4
U61V5 U62V5 U62V5 U64V6

RY3
U62V5 U62V5

RY3 U62V5
RY3 U62V5

RY3
U62V5
RY3 U62V5

RY3

U63V5
RY2
U51V4
RY1 U63V3

U63V5

RY1
U61V4
RY1
U63V2

U302
U52 U42

DCX
U302
U301
ADC1

110KW
220V
0-1500rpm
1000rpm
63 DC
U72V5
RY1

U41V4
RY2

U41V1
RY1
U53

DCC1
U31

TUVF-220/B6
VRH - CO14

U62V2
U62V3

U63V3
U63V4

U63V1 U63V1

U41V1 U41V2
U41V4
U72V3
U72V4
U71V4
VOLTACE DETECTOR

U64V3
U64V1

U62V1

U301

RY2
U41V4

V1.V2.V3.V4
U41V3

SPEED SETTING FOR

CO-ORDINATIVE ONTROL
(SUCH ADJUSTMENT)
SPEED SETTING FOR
INDIVIDUAL CONTROL
(VRH-ID14)

SPEED SETTING FOR
CASCADE CONTROL
ROUCH ADJUSTMENT

VRH-ID10

DEERCASE

CONECTION DUCRAUS OF THESE
UNIT ARE PUT IN ORDER AS US(U54)
U71-U64-U62-U61-U63-U52-U42-U301
(U302)-U41-U53-U31-74

Hình 3-1. Sơ đồ nguyên lý hệ
thống truyền động trục cán

U31
U301
U302
U42

JOCU

BE-HI

CLOSE AL ORDI

TING

ERAT

CLOSE AL C

O-O

RDI

TING

ERAT

CLOSE AL L

OOP

ION

(NO 1RCO

)

OPD

I AL

CONIKO

MOVE

CLOSE AL R

ESE

T OF OVER

CUR

RENT

....

CLOS

E Bt

OVE

R CURE

CLOSE AL DC

MOTOR

EED ZE

CLOSE BY DC

MOTOR

U72V4
U41V2
U63V4
U53V5
RY2

U61V2

AC
F
V
HZ
RY1

U54V4

-10 V

MC
9KW
110V

DEERCASE
VRH-D14

+7.5 V
+2.5 V
-5 V

(2371)C4
(2621)
(2521)
(2321)
(2221)
(2021)
U62V5
(1921)
(1621)
(1921)
(1321)

HZ
V
AC

DM
U62V2

U54V6
V
V

V
V

RY1
U63V3

RY2 RY1

U41V4
RY2
U41V4
RY1
U72V3
U64V6

RY1
U62V5
RY2
U62V5
RY1
U61V5
RY4
U61V5
RY3
U61V4
RY2
U61V4
RY4
U61V4
RY1

RY3
U63V3
RY3

U61V4

K13
K12
K11
K10
K9
K8
K7
K6
K5
K4

200
50
LOOP DETECCTOR-15 V

NatSteel Ltd

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177

174

Với sơ đồ cấu trúc này sẽ tiến hành tổng hợp
hệ truyền động làm việc ở chế độ cán thô, chế
độ cán tinh sẽ tiếp tục nghiên cứu sau. Sơ đồ
cấu trúc hệ truyền động ở chế độ cán thô được
thể hiện như hình 3.

Trong sơ đồ này hệ truyền động T -Đ có hai
mạch vòng âm tốc độ và âm dòng điện để ổn
định tốc độ và dòng điện , còn mạch vòng
mạch vòng lực căng để th ực hiện đồng tốc
giữa các trục cán . Qua phân tích thấy rõ thực
chất của mạch vòng lực căng là mạch vòng vị
trí. Vì vậy, việc xây dựng mơ hình cấu trúc hệ
truyền động như hình 3 là hợp lý. Quá trình
tổng hợp hệ thống được thực hiện từ mạch
vòng trong ra đến mạch vịng ngồi. Kết quả
tổng hợp mỗi mạch vòng sẽ chọn được bộ
điều chỉnh thích hợp (xem [1],[4]).

Tổng hợp mạch vòng dòng điện

Sơ đồ cấu trúc thu gọn của mạch vòng dòng
điện khi bỏ qua ảnh hưởng của sức điện động
như hình 4.

Trong bài báo này tiến hành tổng hợp mạch
vòng dòng điện theo tiêu chuẩn tối ưu modul

như trong [1] để tìm hàm truyền của bộ điều
chỉnh dòng điện.

Từ sơ đồ hình 4 ta có:

 p
U
p
I
p
S
dk
i
)
(
)
(
0 



dk



v



i



u



i
cl
i
T
p
T
p
pT
T
p
R

K
K
p
S
.
1
.
1
1
.
1
1
.
.
)
(

0     

Bỏ qua các hệ số bậc cao ta có:



si



u



i
cl
oi
T
p
T
p

R
K
K
p
S
.
1
.
1
.
)
(




Trong đó: Tsi = Ti + Tv +Tđk<< Tư 
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có hàm
truyền của hệ thống kín:

2
.
2
2
1
1
)
(
p
p

FOMi

 
 



Mặt khác, theo hình 4 ta có:

 

)
(
).
(
1
)
(
.
)
(
p
S
p
R
p
S
p
R
p
F

i
o
i
oi
i

OMi  

)
(
).
(
)
(
)
(
)
(
p
S
p
F
p
S
p
F
p
R
oi
OMi

oi
OMi

i  





p



p
T
p
T
p
R
K
K
p
R
u
si
i
CL
i

 
 





1
2
.
)
.
1
)(
.
1
(
.
1
)
(

Chọn  = min (Tsi, Tu) = Tsi .Ta có hàm
truyền của bộ điều chỉnh dòng điện :











u

si
i
CL
u
si
i
CL
u
i
T
p
T
K
K
T
R
p
T
K
K
p
T
p
p
R
.
1
1
.
.

.
2
.
.
.
.
2
.
1
)
(

R

(p) là khâu tỷ lệ - tích phân (PI)

Tổng hợp mạch vịng tốc độ:
I(p)

Hình 4. Sơ đồ thu gọn mạch vòng dòng điện

UIđ UI(p)

Udk(p)

Ri(p)
(-)



WiKT WT2 WKT K

Uđk

WR WRI WT1 WĐ

Iđ
Uđ
k
Ud
Mc
(-)

Nhiễu

WCB
WCBI
E
(-) (-)
(-)
WRT
Tđ

Ikt
đ

Hình 2. Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động trục cán

WRiư

1/Jp

1/p

Ui(p)

(-)
(-)

WCBIkt

WCBT

WR WRI WT1 WĐ

Uđk Ud

(-)

WCB

WCBI

(-)

WRT

WCBT

Tđ đ

Hình 3. Sơ đồ khối hệ thống ở chế độ cán thô

1/J
p

1/p
Ui(p)

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

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

hình vẽ 5.

Trong bài báo này, áp dụng theo tiêu chuẩn tối
ưu modul như trong [1] để xác định hàm
truyền của bộ điều chỉnh tốc độ.

Trong đó:
)
.
1
(
.
.
.
.
.
1
.

)
.
2
1
(
1
)
(


T
p
K
p
T
K
R
K
p
T
p
S
c
i
si
o 





Đặt

T

s



2 .

T

si



T

 Ts rất nhỏ.
Ta có:
)
.
1
(
.
.
.
.
.
)
(



s
c
i
o
T
p
p
T
K
K
K
R
p

S




Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:

2 2

2 .

2

1 )

(

p

F

OM














Mặt khác, theo hình 5 ta có:

)
(
).
(

)
(
)
(
)
(
p
S
p
F
p
S
p
F
p
R
o
OM
o
OM




  





.2 . (1 )

.
1

.
.
.
.
1
)
(













p
T
p
p
T
K
Ki
K
R
p
R
s

c

Chọn σ = Ts. Ta có hàm truyền của bộ điều
chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu modul:




s
c
i

T

K

R

T

K

p

R

.

2 .

)

(





; R



(p) là khâu tỷ lệ (P)

Kết quả khi tổng hợp mạch vòng tốc độ bằng

tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:








K
p
T
K
p
T
p
T
p
p
s
s
s
d
1
.
.
2
1
1
1

.
2
.
2
1
1
)
(
)
(
2

2  





Tổng hợp mạch vịng lực căng

Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng lực căng
như hình 6.

Tổng hợp mạch vịng lực căng theo tiêu chuẩn
tối ưu modul như [1] tìm được hàm truyền của
bộ điều chỉnh lực căng có dạng khâu PD:

)
.
2

1
(
.
2
.
.
)

( T p

T
K
K
K
p
R s
T
T
r
T 
 

 Với:

p

K

R

T



P



D

.

;

T
T
r
P
T
K
K
K
K
2
.
.

 ;
T
T
r
s
D
T
K
K
T
K
K
.
.
. 



MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG
Thông số động cơ truyền động trục cán lấy từ
Nhà máy cán Natsteel Vina ở Công ty Gang
thép Thái Nguyên như sau:

Pđm
(Kw)
Uđm
(V)
nđm
(v/p)
đm
(%)
Lư
(H)
Rư
()
110 220 1500 90 0,0016 0,019
Với : Tv=0,0033 s ; Tđk= 0,00015s ;
Ti=0,0025s ; T = 0,0015s ; TT = 0,3s

Sau khi tính tốn các thông số của hệ thống
theo tiêu chuẩn tối ưu modul, tìm ra hàm
truyền của các khâu hiệu chỉnh, tiến hành
ghép nối các khâu lại với nhau và kiểm
nghiệm lại hệ thống. Sử dụng phần mềm
Matlab-Simulink [2],[3] để tiến hành mô
phỏng hệ thống ở chế độ cán thô khi khối điều
chỉnh lực căng dùng bộ điều khiển PID (PD).

Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển như hình 7.

Hình 5. Sơ đồ thu gọn mạch vòng tốc độ

Uđ U(p)

R(p) S0(p)

(-)

(p)

Td(p)

(-)

T(p)
RT(p)





K
p
T
p
p
s

d
1
.
.
2
1
1
)
(
)
(


T
T
T
p
K
.
1
p
Kr

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177

176

Kết quả mô phỏng hệ điều khiển ở chế độ cán
thô khi khối điều chỉnh lực căng dùng bộ điều
khiển PID (PD) như hình 8.

KẾT LUẬN

Qua khảo sát, tính tốn 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 khơng đổi. Tuy nhiên,
trong hệ thống có mạch vịng 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

sư điều khiển tự động, Nxb Khoa học và kỹ thuật

HN.

[3] William S.Levine University of Maryland,

Using Matlab to analyze and Design Control 
Systems.

[4] Ing. Karel Kreysa, CSc, Navrhování Regulací
I.

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

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.



</div>

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

















 





R

(p) là khâu tỷ lệ - tích phân (PI)

<i>T</i>



2

.

<i>T</i>



<i>T</i>

2

.

.

2

1

1

)

(

<i>p</i>

<i>p</i>

<i>p</i>

<i>F</i>



<sub></sub>

<sub></sub>

<sub></sub>

<sub></sub>









<i>T</i>

<i>K</i>

<i>R</i>

<i>T</i>

<i>K</i>

<i>K</i>

<i>p</i>

<i>R</i>

.

2

.

.

.

.

)

(





; R

(p) là khâu tỷ lệ (P)

<i>p</i>

<i>K</i>

<i>K</i>

<i>R</i>





.

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về