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

Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177 
173 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
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 Nguyên 
TÓM TẮT 
Trong công nghệ cán yêu 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 công 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 thô 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 vòng 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 thô, cán tinh, điều chỉnh công suất, cán nóng liên tục, mạch vòng lực căng. 
 MỞ ĐẦU 
Trong các dây chuyền cán nóng liên tục có 
công 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 mô 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
U61V5 U61V5 U62V5 U62V5 U64V6
RYRY4RY3RY2RY1
U51V4U51V4
RY2RY1
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
U62V2U62V3
U63V3
U63V4
U63V1 U63V1
U41V1 U41V2
U41V4U72V3
U72V4U71V4VOLTACE 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
H×nh 3-1. S¬ ®å nguyªn lý hÖ
thèng truyÒn ®éng trôc c¸n
U31
U301
U302
U42
C
L
O
S
E
 A
L
J
O
C
U
B
E
-H
ID
C
L
O
S
E
 A
L
 O
R
D
IN
A
T
IN
G
O
P
E
R
A
T
IO
N
C
L
O
S
E
 A
L
 C
O
-O
R
D
IN
A
T
IN
G
O
P
E
R
A
T
IO
N
C
L
O
S
E
 A
L
 L
O
O
P
 C
O
N
T
IO
N
(N
O
 1
R
C
O
)
O
P
D
I 
A
L
C
O
N
IK
O
 M
O
V
E
C
L
O
S
E
 A
L
 R
E
S
E
T
 O
F
 O
V
E
R
C
U
R
R
E
N
T
 .
..
.
C
L
O
S
E
 B
t 
O
V
E
R
 C
U
R
E
C
L
O
S
E
 A
L
 D
C
 M
O
T
O
R
S
P
E
E
D
 Z
E
R
O
C
L
O
S
E
 B
Y
 D
C
 M
O
T
O
R
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
VAC
 DM
U62V2
U54V6
VVVV
RY1
U63V3
RY2 RY1
U41V4
RY2
U41V4
RY1
U72V3U64V6
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
PQ
200
50
LOOP DETECCTOR
-15 V
NatSteel Ltd
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống 
 truyền động trục cán 
Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177 
174 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
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 mô 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 vòng ngoài. 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: 
 pU
pI
pS
dk
i
)(
)(0 
 uivdk
icl
i
TpTppTTpR
KK
pS
.1.11.1
1
.
.
)(0
Bỏ qua các hệ số bậc cao ta có: 
 usi
icl
oi
TpTp
R
KK
pS
.1.1
.
)(
Trong đó: Tsi = Ti + Tv +Tđk << Tư 
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có hàm 
truyền của hệ thống kín: 
2.221
1
)(
p
pFOMi
  
Mặt khác, theo hình 4 ta có: 
)().(1
)(.
)(
pSpR
pSpR
pF
ioi
oii
OMi
)().()(
)(
)(
pSpFpS
pF
pR
oiOMioi
OMi
i
 pp
TpTp
R
KK
pR
usi
iCL
i
  
12.
).1)(.1(
.
1
)(
Chọn  = min (Tsi, Tu) = Tsi .Ta có hàm 
truyền của bộ điều chỉnh dòng điện : 
usiiCL
u
si
iCL
u
i
TpTKK
TR
p
T
KKp
Tp
pR
.
1
1
...2
.
...2
.1
)( 
Ri(p) là khâu tỷ lệ - tích phân (PI) 
Tổng hợp mạch vòng 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 
Mc (-) 
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) Uiđ 
KΦ 
 (-) 
 (-) 
 (-) 
 
Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177 
175 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
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
.
).21(
1
)(


Tp
K
pTK
R
KpT
pS
cisi
o

 
Đặt  TTT sis .2 sT rất nhỏ. 
Ta có: 
).1(....
.
)(



sci
o
TppTKK
KR
pS
 
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có: 
 222..21
1
)(
pp
pFOM


 
Mặt khác, theo hình 5 ta có: 
)().()(
)(
)(
pSpFpS
pF
pR
oOMo
OM



)1(.2.
.1...
.
1
)(




 
 
p
TppTKKi
KR
pR
sc
Chọn σ = Ts. Ta có hàm truyền của bộ điều 
chỉnh tốc độ theo tiêu chuẩn tối ưu modul: 


s
ci
TKR
TKK
pR
.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: 


KpTKpTpTp
p
sssd
1
.
.21
11
.
2.21
1
)(
)(
22 
Tổng hợp mạch vòng lực căng 
Sơ đồ cấu trúc thu gọn mạch vòng lực căng 
như hình 6. 
Tổng hợp mạch vòng lực căng theo tiêu chuẩn 
tối ưu modul như [1] tìm được hàm truyền của 
bộ điều chỉnh lực căng có dạng khâu PD: 
).21(
.2..
)( pT
TKK
K
pR s
TTr
T 
 Với: 
pKKR DPT . ; 
TTr
P
TKK
K
K
2..
 ; 
TTr
s
D
TKK
TK
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 toán 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) 
 


KpTp
p
sd
1
.
.21
1
)(
)(
T
T
Tp
K
.1 
p
K r
H×nh 6. S¬ ®å cÊu tróc thu gän m¹ch vßng 
lùc c¨ng 
Hình 7. Sơ đồ mô phỏng hệ điều khiển 
 ở chế độ cán thô 
Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177 
176 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
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 toán 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 không đổi. Tuy nhiên, 
trong hệ thống có mạch vòng 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. 
Hình 8. Kết quả mô phỏng với 
lực căng Td=10V 
Nguyễn Thị Chinh và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 173 - 177 
177 
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
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. 
 Tel: 0914414329 , Email: