无缝钢管芯棒限动控制的设计及应用

摘要

目前，世界上轧制无缝钢管最先进的工艺是芯棒限动高品质轧制技术(PQF,Premium Quality Finishing)连轧机。芯棒限动系统是PQF连轧机组的重要组成部分，芯棒限动系统关系到所轧制无缝钢管的壁厚精度、椭圆度、钢管内外表面质量、热工具消耗、成材率和生产效率，芯棒限动系统能够保证PQF连轧机轧制出高品质无缝钢管。该项技术由两辊连轧机组(MPM，Multi-Stand Pipe Mill)扩展到三辊连机组(PQF)，芯棒限动系统对于无缝钢管工艺来说，是不可缺少的。芯棒限动系统的位置控制、速度控制和转矩控制关系到整个系统的运行稳定性、快速性和准确性。
　　论文结合包头钢铁（集团）公司Φ159mm无缝钢管生产线介绍工艺流程，依据工艺技术指标，设计芯棒限动系统的硬件部分，包括电动机、传动系统、控制网络、PLC及组态。根据电动机的技术数据，分析电动机过载倍数，同时选取电动机弱磁点;设计芯棒限动系统四象限变频器及选型;根据控制网络、现场操作台、编码器和输入/输出信号设计PLC并配置框架;利用Control Builder M软件进行硬件组态，完成整体硬件设计。
　　分析芯棒限动系统位置控制理论、速度控制理论和转矩平衡理论;绘制转矩平衡原理框图和电气原理图;设计转矩匹配控制器和软件控制框图，并编写程序。论文中详细列出:芯棒限动系统传动参数设置程序、坐标位置控制程序、转矩平衡程序、编码器同步程序和编码器报警程序。
　　后期利用PDA中的ibaAnalyzer软件对现场曲线进行分析，检验硬件设计、理论分析和程序。通过曲线分析，设计的芯棒限动系统能够满足工艺技术指标，达到了预期的要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2．1 概述

1．2．2 芯棒限动连轧机发展历程

1．3．1 课题研究的意义

1．3．2 本课题研究的内容

第二章 无缝钢管生产线工艺流程和芯棒限动设备组成

2．1 无缝钢管生产线工艺流程

2．1．1 无缝钢管生产工艺流程

2．1．2 Φ159mm无缝钢管芯棒限动PQF连轧生产线工艺简介

2．2 芯棒限动设备组成

2．3 本章小结

第三章 芯棒限动系统的技术指标和硬件设计及组态

3．1 芯棒限动系统控制的技术指标

3．2．1 电动机设计

3．2．2 传动变频器设计

3．2．3 控制网络设计

3．2．4 PLC设计

3．2．5 PLC硬件组态

3．3 本章小结

第四章 芯棒限动系统的自动化控制

4．1 芯棒限动系统的轧制坐标

4．2 芯棒限动系统运行周期的三个阶段

4．3 芯棒限动系统的位置控制

4．4 芯棒限动系统的速度控制

4．5．1 影响转矩平衡的因素

4．5．2 转矩平衡原理

4．5．3 转矩平衡设计及应用

4．5．4 转矩平衡程序设计

4．5．5 转矩平衡软件控制框图

4．6 本章小结

第五章 芯棒限动程序的编写和调试

5．1．1 程序框架介绍

5．1．2 部分程序编写

5．2．1 调试中遇到的问题

5．2．2 调试结果

5．3 本章小结

第六章 结论与讨论

参考文献

致谢

附录