摘 要

薄板材质包括大理石、花岗岩、钢等，但在工业中，常见的能进行卷取的薄板一般指带钢，所以选择本次设计控制对象为带钢。轧钢是将钢锭轧制成钢材的环节，完成轧钢后，一方面可以得到需要的不同形状的钢材，另一方面也可提高钢材的质量。随着科技生产水平的不断提高，越来越多的自动化设备运用到轧钢工业生产中，完成轧钢工艺后，还需要将冷轧钢和热轧钢进行下一步卷取的工艺操作。

对钢材进行卷取，是钢材加工工艺关键性的一步，它可以让钢材更宜贮存与运输，也可以让钢材质量有所提升。现在，设备机构配置简单的卷筒式卷取机是冷轧带钢生产中的常见的卷取机类型，而不同类型的卷取机可满足不同的应用需求，也需要不同的卷取技术进行配合。卷取机的技术水平会极大程度上影响钢材的质量，我们必须对卷取控制系统进行深入的研究，设计出良好的控制系统，这样才能让卷取控制系统在不断创新发展的路上发挥出更大的作用。

卷取控制系统的核心是恒张力控制，在卷取过程中，卷径的增加会使带钢张力发生改变，整个过程需保证线速度恒定，为了达到精度较高的恒张力控制这个目的，可以考虑运用计算机控制技术或自动控制技术。在构建张力系统过程中，采用间接张力控制的方法，需要建立系统的数学模型进行理论分析，然后设计控制器，最后还需考虑实际硬件设备情况从而使实现设计达到期望的控制效果。现在，交流变频技术越来越成熟，故可以考虑利用PLC（可编程控制器）和变频器配合的控制手段作为卷取控制系统的实际设计中的控制方法。

关键词：冷轧钢；间接恒张力控制；PLC

Abstract

Sheet materials including marble, granite, strip, etc., but only the strip can be carried out, and And in industry, the sheet generally refers to the strip, so choose the design of the control object for the strip. Rolling is a steel ingot rolling into the link, after the completion of the steel rolling, on the one hand can get the need of different shapes of steel, on the other hand can also improve steel quality. With the continuous improvement of the scientific and technological level of production, more and more automation equipment applied to steel rolling industry, but also need to cold rolling and hot rolling steel next volume of process operation.

The steel roll, steel processing technology is a key step, it can make the steel is more suitable for storage and transportation, can also make the steel quality has improved. Now, the device configuration simple reel of coiling machine is in the production of cold-rolled strip steel common coiling machine type, and different types of coiling machine can meet the requirements of different applications, also need to the volumes of different technical cooperation. Roll machine technology will greatly affect the steel quality, we must coiling control system for in-depth study. Through comparative analysis of good control system is designed, so as to let coiling control system play a greater role in the continuous innovation and development of the road.

Coiling control system core is constant tension control, in the coiling process and roll diameter increased the strip tension changes, the whole process to ensure the constant linear velocity, in order to achieve high precision of constant tension control system for this purpose, you can consider the use of computer control technology and automatic control technology. In the construction of the tension system, using indirect tension control method and need to establish the system mathematical model, theoretical analysis, then the controller is designed, finally must also take into account the actual hardware devices so that the site design to achieve the desired control effect. Now, AC frequency conversion technology is more and more mature, so we can consider the use of PLC (programmable logic controller) and frequency converter with the control method as a winding control system of the actual design of the control method.

Key words: cold-rolled steel；indirect constant tension control；PLC

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

1.3 本文研究内容 3

第2章 薄板卷取控制系统概述 5

2.1 薄板卷取控制系统基本结构 5

2.2 薄板卷取张力原理 6

2.2.1 薄板卷取张力作用原理 6

2.2.2 薄板卷取张力控制原理 7

2.3 薄板卷取张力控制基本方法 8

2.3.1 最大力矩控制法 8

2.3.2 PLC与变频器协调控制法 9

2.3.3 力矩补偿控制法 10

第3章 间接张力控制系统仿真 12

3.1 卷取电动机数学模型 12

3.2 双闭环控制系统介绍 13

3.3 双闭环控制系统设计 14

3.3.1 电流调节器设计 14

3.3.2 速度调节器设计 16

3.4 卷取控制系统软件仿真 19

3.4.1 电流调节器仿真设计 19

3.4.2 速度调节器仿真设计 20

3.4.3 仿真结果及分析 20

第4章 卷取控制系统实现设计 24

4.1 现场设备介绍 24

4.2 实现设计过程 24

4.2.1 转速近似计算 24

4.2.2 PLC程序设计 25

4.2.3 变频器设置与HMI界面设计 27

4.2.4 结果分析 29

第5章 总结 31

参考文献 32

附录A PLC程序 33

附录B CAD图纸 34

附B1 电气原理图 34

附B2 系统结构图 35

附B3 系统接线图 36

致 谢 37

第1章 绪论

1.1 研究的背景和意义

在自动化工业生产中，能进行卷取的薄板就指厚度小于2mm的带钢，所以本次设计重点讲述带钢卷取系统。经过几十年的发展壮大，我国的钢铁产业已经成为一个非常庞大的产业，且发展速度仍非常快，我国已成为世界上钢铁产量最大的国家^[1]，这对于促进我国的经济的持续、高效的发展具有非常良好的作用。但即便如此，目前我国在钢铁生产中所运用到科学技术水平还与外国有所差距，首先在钢铁轧制领域这种技术差距非常明显，而钢铁轧制是钢铁产业的关键性工序之一，所以我们需要不断从国际上具有先进技术水平的国家进行学习，尽量减小这种技术上的差距。在我国，利用轧钢工艺生产的薄钢板，虽然已有非常大的工业生产量与客户消费需求，但还会随着国家工业化进程继续增加下去。

在我们日常生活中，利用薄钢板加工制成的产品已变得非常常见，其被广泛运用于汽车、家具等行业。按照制造工艺，薄钢板分为热轧板和冷轧板，冷轧带钢的产量在钢材总产量中所占比例逐年增大。二十世纪初，Armco Butler热轧厂就生产出了第一卷热轧钢卷，并随着客户对钢材质量要求的提高，薄钢板的生产工艺水平也不断提高，而对薄钢板的卷取控制技术在一定程度上来说会决定卷取的薄钢板的质量，所以对薄钢板的卷取控制技术也逐渐发展完善起来。近年来薄板卷取技术发展十分迅速，尤其是PLC等计算机控制技术的广泛应用，使得薄板卷取控制技术十分多样，且趋近成熟。