軋機活套電路

一、活套的作用與控制

軋件在熱連軋機精軋機組軋制過程中，其運行速度高、段面小，拉裂、拉斷、堆疊等現象容易發生，解決的方法之一是：軋件在相鄰兩臺軋機之間運動有一定的彎曲，即：活套。活套控制就是通過對電機轉速大小的調節控制，保證兩臺軋機之間的軋件彎曲按預先給定的大小來變化，如圖1所示。

控制方法為：當軋件的實際活套量比給定量大時，2#軋機增速彎曲度變小。反之彎曲變大。這種控制方式實際上只需控制兩臺軋機中第二臺軋機的轉速就可實現，所以活套控制電路是在兩臺軋機的第二臺電機電氣控制系統工程中。

二、系統原理

1.原理框圖（見圖2）

2.分析描述

位置傳感器UC檢測活套實際位置，發出位置脈沖u與基準脈沖器TB產生的基準脈沖Ub在邏輯組合門LG中運算，得到從基準脈沖Ub上升沿到位置脈沖u為寬度的脈沖Ut（見波型圖C段、G段的Ut1、Ut2），Ut脈沖進入位置積分器WJ，作為位置積分器的積分時間；當位置積分器停止積分時，位置積分器輸出電壓Uj保持停止積分時的電壓值直到下一個活套位置脈沖u。當實際活套量增加時，Ut加寬，位置積分器積分時間增長，輸出電壓值Uj增高，這樣一來位置脈沖u就轉換為位置積分器輸出電壓Uj；Uj輸入運算調節器YT后，得到反映活套量實際大小并與活套給定值Ug相匹配的電壓值，這個值稱之為活套反饋電壓值Uh（簡稱：活套反饋值）。

活套反饋值Uh與活套給定值Ug輸入比例調節器BT中得輸出ΔU，當Uh>Ug即活套實際量比給定大，ΔU=負，在經過積分器調節器JT調節后，得+Δn，因電動機速度環給定值為正，所以+Δn加在速度環上使電動機加速，活套量實際減小。反之，當Uh

三、系統分析

本活套控制系統是一個位置隨動系統。活套反饋電路中，活套傳感器采樣周期tu=1/100秒，即每隔百分之一秒測量一次活套位置；位置積分器雖然采用積分器(tj=R0C=0.000495秒，tj

反饋電路傳遞函數：

活套調節電路中，比例調節器BT(放大倍數Kb=p′R1/R0，p=R4/(R3+R4))。積分調節器JT(放大倍數KZ=R1/(P1′R0)，P1=R3/(R3+R4)，時間常數TZ=P2′CR1，P2=R2/(R1+R2))。

本系統中電機調速系統采用雙閉環控制，電流環校正為典Ⅰ型系統，轉速環校正為典Ⅱ型系統，我們選擇位置環中積分位置調節器時間常數比調速系統等效環節時間常數大，調速系統等效環節閉環傳遞涵數可簡化為一階慣性環節。

經上述描述，活套控制系統動態結構圖如圖3。

圖3

其中：Kd為包括傳動比和單位換算在內的比例系數。

Kd=(r/i)′(U50/L50)。r為軋輥半徑。i為傳動比。

L50為套量L=0.5m。U50為L50對應的反饋電壓值Uh，即10伏。

由于bTΣn>tu+tj，tu+tj按小慣性環節處理。取：T=bTΣn+tu+tj；K=KbKZKdKh/(aP2TZ)；

開環傳遞涵數校正為：

此系統為典Ⅱ型系統。對于活套控制系統來說，主要要求跟隨性好，超調量小，所以調校時，對預期開環特性的中頻寬h選用6～8。

即：P2TZ=(6～8)T；

其控制系統對數頻率特性如圖4：

圖4

這種三環隨動系統的優點是穩定性有保證，但是它在外環校正時采用內環的等效環節，所以外環的截止頻率ωC低于內環等效時間常數的倒數。這樣位置環的截止頻率ωC被限制的低，這就限制了系統的快速性，這在系統調校時應注意。

四、活套反饋電路的調校計算

1.位置傳感器的安裝（如圖5）

圖5

a.根據軋鋼工藝要求，活套量為0-0.5m之間。透鏡鼓外遮光罩使傳感器的掃描范圍±αmax<±15°所以取：傳感器距軋件水平面高度H=1.6m，其投影點與軋件套量零位重合，并且處于兩臺軋機軋件進出點的連線上投影點位于兩臺軋機中部。傳感器掃描平面垂直于軋件水平面。

脈沖角：β=β0+2′arctg(L/H)。

其中：β0：活套位置為0m時初始脈沖角；

L：活套實際值，單位m；

H：活套位置傳感器與軋件水平面的高度，單位m。

b.脈沖初始角等的確定：

根據上面活套位置傳感器的安裝示意圖，選擇由于傳感器震動等因素使傳感器檢測軋件位置誤認為在零點左側0.2m，控制不失控。則脈沖初始角為：

β0=2′arctg(0.2/1.6)=15。

傳感器安裝后，用視波器檢測同步脈沖發生器輸出和傳感器的脈沖，調節同步脈沖發生器電阻R使軋件處于L=0時，脈沖角為：

β0=15°。

移動軋件，當L=0.5m，脈沖角為：

β50=150+2′arctg(0.5/1.6)=49.7°。

2.位置積分器WJ的調校計算

位置積分器輸入輸出電壓的關系為：

Uj=(β/βt)′Ur。

其中：β為脈沖角，βt為位置積分器R0C對應的角度，Ur為積分器輸入電壓。

由于R0=3.3k、C=0.15uF、則：tj=3.3k′0.15uF=0.495-3秒

當軋件處于L=0.5m時，軋件會在L=0.5m處來回移動，脈沖角會超過49.7°，考慮余量取：軋件處于L=0.8m，對應脈沖角：150+2′arctg(0.8/1.6)=68.13°，所以位置積分器飽和對應脈沖角βmax必須大于68.13°。

經實驗并調校：位置積分器在輸入電壓2.8伏時，βmax=72°，輸出Umax=23伏。

考慮積分器本身具有隨積分時間增加，其輸出有減緩的趨勢，所以取輸入電壓Ur=2v。這樣一來βmax擴展到：

8.91′23/2=102°>>68.13°

這種作法不僅提高調節余量，還使Uj隨L的變化線性得到保證，也讓運算調節放大器的等效放大倍數變化不是很大，便于整個調節系統的穩定。同時根據系統分析，這種三環系統調節方式對快速反應能力的限制，βmax擴展到102°，使活套在0.5m調節時，余量滿足調節要求。

調整可變電阻R使輸入電壓Ur=2v。位置積分器的2個積分器的輸入輸出特性經實驗并調校后一致。

五、注意事項

1.計算后預先整定，必須做模擬驗證，方法：關閉主回路，開通控制回路，用電爐絲代替軋件，從套量小于0m開始一直平行移動到大于0.5m，調校活套位置脈沖初始角及脈沖角的變化；檢測：位置積分器使不飽和輸出、運算調節放大器輸出線性；測量活套反饋電壓值與給定和計算相比較，調整參數等。

2.通過對實際軋鋼過程的觀察，也可調整參數，特別是對積分調節器參數調整時，應循序漸進，否則會引起振蕩。傳感器安裝于現場，防震要求高，支架一定穩固、牢實。信號電纜敷設一定按規范要求進行，消除干擾信號。

3.h值的選取：建議后一臺軋機取值比前一臺軋機大，通常取大0.5。這里需要說明：這種選擇方式可保證系統穩定性，但卻犧牲了系統的快速反應能力，這在系統調試時應注意。

六、結束語

本活套控制裝置已應用于鋼鐵公司小型材熱連軋精軋部分。