DDC控制系統(tǒng)在鍍錫重卷機(jī)中的應(yīng)用

王 忠

WANG Zhong

（海南大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，儋州 571737）

0 引言

鍍錫成品的質(zhì)量與清洗、酸洗、電鍍、軟熔、干燥、涂油等有關(guān)。出口部分并不能改變帶鋼的質(zhì)量指標(biāo)，但是高質(zhì)量的成品若在出口部分處理不當(dāng)，將會(huì)使其成為次品或廢品[1]。為此在卷取機(jī)卷取過(guò)程中，如何控制其張力和速度，是保證成品質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。常采用的方法是在模擬或數(shù)模組合的雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加進(jìn)張力反饋控制環(huán)，通過(guò)張力補(bǔ)償作用，維持系統(tǒng)的線(xiàn)速度一致。缺點(diǎn)是卷徑增大時(shí)所要求的轉(zhuǎn)速補(bǔ)償量可能超出反饋的張力補(bǔ)償能力的極限，這將造成斷帶或堆料等故障。采用DDC控制方法能較好解決此問(wèn)題。

1 工藝概況

經(jīng)退火回火的冷軋薄鋼板卷，在鍍錫機(jī)組入口段，由開(kāi)卷機(jī)、張力輥利用張力控制開(kāi)卷，經(jīng)焊接成連續(xù)鋼帶后，送入活套塔存儲(chǔ)，保證工藝段能以300MPM的速度連續(xù)生產(chǎn)。帶鋼進(jìn)入工藝段，經(jīng)清洗、酸洗、水洗槽，清除帶鋼表面油污、氧化物等后，清潔活化的帶鋼進(jìn)入電鍍段。帶鋼在六個(gè)上部電鍍槽、八個(gè)下部電鍍槽內(nèi)完成雙面等厚或差厚的鍍錫，然后經(jīng)軟熔并淬冷成為光亮的鍍錫板帶[2]。接著，連續(xù)經(jīng)過(guò)鈍化、沖洗、干燥、涂油后，由剪切機(jī)切斷焊縫，卷取機(jī)復(fù)卷成鍍錫薄板卷材，即成品。

2 工作原理

DDC系統(tǒng)中常采用的算法是PID調(diào)節(jié)法[3]，但此系統(tǒng)采用PI算法，其輸入e(t)與輸出u(t)關(guān)系可用下式表示：

加入PI調(diào)節(jié)器后，系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益變化Kp/Ti倍。校正對(duì)象函數(shù)為

閉環(huán)特征方程為

在穩(wěn)定狀態(tài)下，PI校正可增加系統(tǒng)型號(hào)，消除速度誤差，而穩(wěn)態(tài)加速度誤差則從∞變?yōu)橛邢拗礣i/K0Kp，可見(jiàn)Ti、Kp由穩(wěn)定性裕量與穩(wěn)態(tài)加速度誤差共同確定。其頻率特性如圖1所示。

圖1 調(diào)節(jié)器頻率特性

由圖1可知，增大Ti，轉(zhuǎn)折頻率1/Ti左移，中頻段寬度h增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，但開(kāi)環(huán)增益K0Kp/Ti減小，穩(wěn)態(tài)加速度誤差會(huì)增加。由此可見(jiàn)，Kp〈1時(shí)，相位裕量與加速度誤差都增大； Kp=1時(shí)，相位裕量與加速度誤差都不變；Kp〉1，相位裕量與加速度誤差都減少。

3 調(diào)整與應(yīng)用

3.1 檢測(cè)電平及校準(zhǔn)

除非DDC控制器設(shè)置正確，否則不可能高水平運(yùn)行。同時(shí)，由于意想不到的故障，所以應(yīng)對(duì)設(shè)定值進(jìn)行確認(rèn)并通過(guò)以下要點(diǎn)來(lái)調(diào)整：

1）電流檢測(cè)：主要是通過(guò)零點(diǎn)和增益的調(diào)整來(lái)校準(zhǔn)馬達(dá)電流；

（1）零點(diǎn)調(diào)整：馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，通過(guò)調(diào)整N89參數(shù)，此時(shí)馬達(dá)電流顯示值為零A。然后初始值設(shè)定為0.5A對(duì)應(yīng)零；

（2）電流檢測(cè)增益：檢查實(shí)際電流與顯示電流是否相等，可通過(guò)N90參數(shù)以百分之一的增量來(lái)調(diào)節(jié)，其范圍在-50～+50%，初始值調(diào)整為0。

2）模擬量設(shè)定增益：一般±10V或±100%被設(shè)定為模擬量電壓設(shè)定值基準(zhǔn)，在此條件下由于外部原因不能獲得10V值，這時(shí)就一定要調(diào)整模擬量設(shè)定增益N70，可以±10%的梯度來(lái)調(diào)整；

3）VDC零位調(diào)整和增益：用來(lái)檢查馬達(dá)電壓和顯示校準(zhǔn)，校正量是對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓和輸入速率可以為-10.0～10.0%范圍內(nèi)進(jìn)行；

4）供電電源電壓增益調(diào)整：校正量是對(duì)供電電源的額定電壓和輸入速率可以為-10.0～10.0%范圍內(nèi)進(jìn)行；

圖2 控制系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖

圖3 參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響

5）模擬監(jiān)視輸出：用于馬達(dá)輸出電壓的校準(zhǔn)。可通過(guò)雙回路實(shí)現(xiàn)。

3.2 控制系統(tǒng)調(diào)整及應(yīng)用

控制系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)整是通過(guò)調(diào)節(jié)速度環(huán)的PI參數(shù)，PI調(diào)節(jié)是利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾影響，同時(shí)利用I調(diào)節(jié)消除殘差，其比例系數(shù)P取值范圍0～20，積分時(shí)間I取值范圍0.001～2.000秒。此系統(tǒng)中預(yù)設(shè)定P=5.0，I=0.05。

空載運(yùn)行完成了上述校準(zhǔn)和設(shè)定，然后聯(lián)接設(shè)備到電機(jī)，使電機(jī)以可能的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)并快速地改變速度，觀察連接到監(jiān)視回路2的轉(zhuǎn)速表是否發(fā)生相同的變化響應(yīng)。偶然地，由于速度條件的變化，應(yīng)選擇高、中、低速度運(yùn)行觀測(cè)。進(jìn)行設(shè)置時(shí)以不施加電流限制程度的變化來(lái)操作。在此系統(tǒng)中，最終偏差為最大轉(zhuǎn)速的2～3%。調(diào)節(jié)器輸入、輸出波形如圖3所示。

經(jīng)觀測(cè)調(diào)節(jié)器波形圖3，分析可知：

1）PI參數(shù)適當(dāng)，調(diào)節(jié)器輸出波形為B或C波形。此系統(tǒng)中P取值為5.7，I為0.061；

2）由于斜率過(guò)小，導(dǎo)致圖3中的D波形，適量增加P（比例系數(shù)）值，若還不能形成C波形，則適量增加I（積分時(shí)間常數(shù)）值；

3）另一方面，由于斜率過(guò)大，導(dǎo)致E波形，首先減小P值，若還不能修正波形，則減小I值以便快速響應(yīng)系統(tǒng)請(qǐng)求；

4）機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)D或E波形，應(yīng)根據(jù)負(fù)載性質(zhì)，修正PI參數(shù)為合適的值。

4 結(jié)論

鍍錫重卷機(jī)DDC控制系統(tǒng),自調(diào)試運(yùn)行以來(lái),已生產(chǎn)多種規(guī)格的帶鋼，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到工藝要求。全數(shù)字化的設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。依據(jù)實(shí)際情況調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，保證良好的系統(tǒng)線(xiàn)性同步跟蹤性能，滿(mǎn)足了生產(chǎn)線(xiàn)的工況需求。

[1] 葛延津,陳巖,張貴強(qiáng).冷連軋卷取機(jī)控制模式與帶尾定位計(jì)算方法[J].冶金自動(dòng)化,2004(5)：60-62.

[2] Instruction manual of Leonard Equipment[M].TOYODENKI Seizo K.K.2000.

[3] 朱雙東.電加熱器的00C控制系統(tǒng)[j].自動(dòng)化與儀表,1991(4)：39-42.