CN102974512A - 金属板带处理生产线烘干炉内板带悬垂度控制方法 - Google Patents

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汪为健
温玉艳
王海涛
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Abstract

本发明提供了一种应用于金属表面处理设备彩涂线烘干炉内带钢悬垂度控制方法烘干炉内带钢悬垂度的控制方法，其特征是利用超声波测距传感器检测烘干炉出口处带钢高度变化并返回反馈信号，通过调整张紧机的速度来间接调整带钢张力，实现悬垂度控制，采用变频器的PID功能，具有响应快、使用方便、修改参数容易的特点，在实际应用中可以方便的根据金属板带运行情况做出调整；避免了震荡的产生，实现烘干炉内金属板带高速、平稳运行；优化提高控制精度，提高产品的合格率。

Description

金属板带处理生产线烘干炉内板带悬垂度控制方法
所属技术领域
本发明属于金属表面处理设备技术领域，特别是关于一种用于金属表面处理设备烘干炉中的金属板带悬垂度控制方法。
背景技术
金属板带处理生产线工艺段烘干炉内金属板带的平稳运行一直是彩涂线电气控制***的一个重要课题，金属板带处理生产线工艺规定金属板带表面在涂敷后涂层未干以前不允许接触任何辊子，以免破坏表面涂层影响产品质量，因此连续金属板带在底涂烘干炉和面涂烘干炉内必须一直保持为自然悬垂状态，在不影响工艺生产的前提下允许有轻微的小幅波动。
烘干炉内金属板带悬垂度的控制是金属板带表面处理生产线的一个重要环节，垂度过大意味着金属板带在炉内张力不够，金属板带松弛，容易刮蹭炉口，严重的话会导致整线工作不正常；垂度太小，则意味着炉内金属板带张力太大，严重的话会导致撕裂断带，或者影响金属板带机械特性导致质量降低。由于生产线速度较快，生产线运行时金属板带在炉内高速运行，而烘干炉炉体较长，运行中的金属板带常因炉内张力不稳发生波动，严重时上下振幅会导致涂敷后的金属板带刮蹭到炉内风道的风口，使得金属板带表面划伤，影响到产品质量；若为了避免剐蹭而增大炉内上下风口间距，这样势必会加大热能的消耗，增加产品的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种彩涂线烘干炉内金属板带悬垂度控制方法，它能通过对烘干炉外金属板带某一点的悬垂度检测来实现对烘干炉内金属板带整体悬垂度的控制，使金属板带在烘干炉内的悬垂度始终维持在设定值附近，克服了以往金属板带处理生产线中烘干炉内张力难以控制，板带质量低的现象，热能浪费大，实现金属板带在烘干炉内的平稳运行，提高产品的合格率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：超声波测距传感器5设置在烘干炉3出口处，检测烘干炉3出口处金属板带高度变化并返回反馈信号，通过变频电机8调整张紧机4的速度来间接调整金属板带张力，实现悬垂度控制，包括以下步骤：
a：根据烘干炉3对金属板带悬垂度的要求、金属板带张力以及张紧机4的速度预先设定变频器6的主输入信号；
b：超声波测距传感器5监测烘干炉3出口处金属板带的高度变化并向变频器6返回实时模拟信号；
c：超声波测距传感器5返回信号与变频器6的主输入信号在内部PID调节器内进行比较叠加，通过PID调节器的比例积分计算后向变频电机8输出一个实时控制信号；
d：变频电机8根据接收到的控制信号，通过减速机7调整张紧辊9的速度，使得张紧机4产生速差，从而改变金属板带张力，实现金属板带悬垂度的控制。
烘干炉3内风管风口曲线和炉内金属板带曲线保持一致，变频器6的主输入信号依据理想状态下的金属板带悬垂线数学表达式、金属板带张力以及金属板带运行速度进行设定；反馈信号与主输入信号的比较叠加采用了变频器6的PID功能，计算中比例积分参数是依据生产线整线设备的机械特性来进行设置。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用变频器的PID功能，具有响应快、使用方便、修改参数容易的特点，在实际应用中可以方便的根据金属板带运行情况做出调整；
2.本发明可以在生产线正常运行中快速有效调节金属板带悬垂度，避免了震荡的产生，实现烘干炉内金属板带高速、平稳运行；
3.本发明可以通过参数的调整优化提高控制精度，提高产品的合格率。
附图说明
图1是彩涂线烘干炉内金属板带悬垂度控制***控制示意图
图2是悬垂线曲线数学坐标图
图3是悬垂状态金属板带上点(x，y)处的张力示意图
图1中：1.面涂辊、2.金属板带、3.烘干炉、4.张紧机、5.超声波测距传感器、6.变频器、7.减速机、8.变频电机、9.张紧辊
图2中：悬垂线最低点的法线方向为y轴，最低点坐标为(0，a)；
图3中：金属板带上点(x，y)处的张力T，方向为金属板带悬垂线该点的切线方向。
具体实施方案
图1所示是彩涂线烘干炉内金属板带悬垂度控制***控制示意图，金属板带2经过面涂辊1完成涂覆后进入烘干炉3，并与张紧机4连接，烘干炉3内金属板带呈自然悬垂状态；张紧机4由两个张紧辊构成，其中张紧辊9经减速机7与变频电机8连接；烘干炉3出口处设置一台超声波测距传感器5用于测量烘干炉3出口处金属板带的高度变化，并将实时模拟信号反馈到变频器6；变频器6的主输入信号与超声波测距传感器5返回的反馈信号进行比较叠加，通过PI调节器的比例积分计算，输出一个实时控制信号并传送到变频电机8；变频电机8根据接收到的控制信号调整张紧辊9的速度，使张紧机4产生速度差从而改变金属板带张实现金属板带悬垂度的控制。
图2所示是悬垂线曲线数学坐标图，取悬垂线最低点的法线方向为y轴，最低点坐标为(0，a)，则悬垂线数学表达式为
Figure BDA0000155937730000041
式中
Figure BDA0000155937730000042
H为悬垂线最低点的(水平)张力，ρ为金属板带线密度，即金属板带密度与金属板带截面面积的乘积。
图3所示是悬垂状态金属板带上点(x，y)处的张力示意图，金属板带上点(x，y)处的张力T，方向为金属板带悬垂线在该点的切线方向，大小为水平和垂直两个方向分力的合力，水平分力用来与金属板带水平张力H保持平衡，垂直分力用来平衡(0，a)到该点(x，y)段金属板带的重量ρs，s为该段金属板带的长度：
Figure BDA0000155937730000043
ρ板带的质量密度。
本发明依据生产线正常运行时金属板带张力以及烘干炉3内风管风口曲线确定理想状态下的金属板带悬垂线数学表达式，通过计算设定变频器6的主输入信号；当张紧辊张力发生变化，金属板带上各点张力的大小方向均发生改变，本发明采用试验方法，通过离线比例积分***对单位阶跃信号的响应过程获取金属板带张力模型信息并形成反馈信号。

Claims (3)

1.一种金属板带烘干炉内带钢悬垂度控制方法，其特征是：设置在烘干炉(3)出口处的超声波测距传感器(5)用于检测烘干炉(3)出口处带钢高度变化并返回反馈信号，通过变频电机(8)调整张紧机(4)的速度来间接调整带钢张力，实现悬垂度控制，包括以下步骤：
a：根据烘干炉(3)对带钢悬垂度的要求、带钢张力以及张紧机(4)的速度预先设定变频器(6)的主输入信号；
b：超声波测距传感器(5)检测烘干炉(3)出口处带钢的高度变化并向变频器(6)返回实时模拟信号；
c：超声波测距传感器(5)返回信号与变频器(6)的主输入信号在内部PID调节器内进行比较叠加，通过PID调节器的比例积分计算后向变频电机(6)输出一个实时控制信号；
d：变频器(6)根据接收到的实时控制信号调整变频电机(8)的转速，通过减速机(7)进而调整张紧辊(9)的速度，使得张紧机(4)两个辊子之间产生速度差，从而改变带钢张力差，实现带钢悬垂度的控制。
2.如权利要求1所述的一种金属板带烘干炉内带钢悬垂度控制方法，其特征在于步骤c中所述的比例积分计算中设定参数是依据生产线整线设备的机械特性来进行设置的。
3.如权利要求1或2所述之一的一种金属板带烘干炉内带钢悬垂度控制方法，其特征在于所述的烘干炉(3)内风管风口曲线和炉内钢板曲线保持一致。
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