1880精軋機L1跳電保護研究與優化

謝捷　王喆

摘 要：自1880投產以來，多次發生勵磁電流過流造成的精軋機主傳動跳電故障，由于傳動保護裝置設計上的缺陷（在文章中不作討論），跳電后造成了放電用的電阻及二極管燒損，損失比較嚴重。經數據分析后得出，該類跳電都是由于L1速度給定值附加量SUC突變所引起的。SUC在精軋機控制中由后依次向前逐移，并分別由手動干預補償量、活套補償量以及流量補償量組成。為了使主傳動最大限度的發揮其快速響應的特性，該SUC量為一個實時的脈沖突變量。因此，文章從L1控制角度出發對主傳動及L1軟件進行分析研究，增加和改進主傳動SUC斜坡發生器，使其既能杜絕軋機跳電又能滿足生產需求的軋機快速響應性。改進后現場實際效果很好。

關鍵詞：速度給定附加量SUC；主傳動響應；斜坡發生器

1 問題點提出

1.1 背景描述

自從1880投產以來，多次發生精軋機主傳動跳電故障，導致了設備故障時間，同時也造成放電用的電阻及二極管燒損，帶來了較大的經濟損失。從主傳動角度出發，跳電后的保護裝置電阻及二極管應該起到很好的保護作用從而避免主件受損，但從檢查后發現由于設計上存在的一定缺陷，使得電阻及二極管在主傳動跳電后多次損壞。當然，此缺陷已通過在傳動裝置上增加更大容量的電容加以保護，文章不再重點描述。

事后從ODG數據分析，發現該類跳電都是由于速度給定值的附加量SUC突變所引起的。因此，文章主要從L1控制角度出發對故障原因進行描述，并通過故障曲線對SUC加以分析與優化。

1.2 曲線分析

較為經典的一次SUC輸出導致的軋機跳電故障發生于2009年5月16日凌晨00點15分，帶鋼在軋制過程中，F6發生跳電。其ODG曲線如圖1所示。

由于活套SUC在輸出上并未加斜坡，因此其給定量在程序1個掃描周期內可以發生突變。但從圖1中我們發現，在帶鋼頭部，活套SUC來回發生跳變沒有導致軋機跳電，而在接近帶鋼尾部時，只僅僅發生1次瞬間跳變就導致了軋機跳電。這是由于主傳動可以承受的SUC輸出量所決定的，在此塊帶鋼的頭部時，活套補償量的輸出值頻繁跳變于2.5%，即100%/s，未發生跳電。但當活套補償量的輸出值變化為4.8%，即192%/s時，軋機跳電。同時，查看了多塊平穩軋制狀態時，相鄰兩周期活套補償量的輸出值變化量小于0.05%，即2%/s。

2 SUC簡介

2.1 SUC分析

SUC是英語Successive的縮寫，它表示機架間速度補償逐移量。精軋機在軋制過程中為了滿足用戶的產品質量要求必須保證帶鋼在F7的出口溫度，因此末機架的速度不能隨意改變。由此，在保證末機架速度的同時，速度逐移量由后機架向前機架傳遞。那么除末機架以外，每個機架的SUC總量除了包括其本身的手動干預補償量、活套調整補償量以及流量補償量以外，還包括后機架的SUC總量。其方程式如下所示。

SUC總（當前機架）=SUC總（后機架）+手動補償量（當前機架）+活套補償量（當前機架）+流量補償量（當前機架）

從圖1中可以清晰地看到速度給定附加量SUC的組成部分，為了達到快速響應的目的，并非每個SUC組成分量都有斜坡保護，各個分量的斜坡及限幅情況如表1所示。

從表1中可以看出，除了手動干預SUC做了斜坡保護（為了滿足軋制狀況，人工干預量往往會干預幅度比較大），其余信號為了保證其快速響應性都未作斜坡保護。那么當SUC輸出量產生大的跳變時（尤其是在現場軋制帶鋼不穩定時發生較多），主傳動將不能承受其巨大的脈沖條變量，為了保護軋機而跳電。

該類跳電一般都發生于精軋機軋制過程中，一旦跳電廢鋼在軋機中很難處理，造成的后果較為嚴重。因此，需要給SUC速度逐移量加一個斜坡保險，但其必須在滿足快速響應的前提下又對軋機跳電產生保護。

2.2 手動干預補償

手動干預補償量是指操作工在軋鋼過程中根據帶鋼的軋制狀態，手動對每個機架的速度進行調整，從而達到平衡機架間秒流量的效果。一般來說，操作工為了防止帶鋼在穿帶時起套，會在穿帶時對機架速度進行干預，尤其是在軋制2mm左右或以下的帶鋼時，下調后機架（如F6）速度達到此效果。由于手動干預量靠人工判斷，例如有時候為了避免機架間的嚴重失張導致的廢鋼，操作工的瞬間干預量可能很大，因此在L1軟件中對手動干預SUC做了5%/s的斜坡保護，且其干預量限幅為軋機設定速度的±20%。如圖2所示。

2.3 活套補償

活套補償量是指機架間活套對前機架速度產生的影響。1880活套采用的是ILQ方式，主要通過測壓系統檢測的機架間張力變化對前機架速度進行調整。為了保證ILQ控制響應快、精度高的優點，活套SUC在軟件中未作斜坡保護量，以脈沖形式對主傳動速度進行補償，其干預量限幅為軋機設定速度的±20%。從軋制曲線分析，并將該SUC分量與其余分量相比，活套補償量所占比重最大，調節最為頻繁。如圖3所示。

2.4 流量補償

流量補償是指根據精軋機架輥縫的變化量對軋機速度的補償量。由于在正常軋鋼過程中，輥縫的波動量比較小，因此相對而言，輥縫SUC的補償量在整個軋機補償量所占比例較小，也未作斜坡保護，其干預量限幅為軋機設定速度的±8%。如圖4所示。

3 斜坡發生器優化

3.1 改進原理

從故障數據分析后得到，活套補償量在整個SUC中所占比例相對較大，且由于機架間張力受外界影響較大，溫度不均勻、水量控制不好、板形不佳等都會使張力產生大范圍的波動，從而影響活套SUC對主傳動速度的影響。為了避免類似的跳軋機故障再次發生，繪制軋機SUC斜坡優化改變前后原理圖。

3.2 改進方法

3.2.1 活套補償量斜坡發生器。由于活套對于機架間的秒流量控制起到至關重要的作用，它的響應過慢會直接導致軋鋼的異常，因此在原設計中沒有在該分量上加上斜坡保護，而此前多次跳電也正是由于主傳動無法承受巨大的跳變導致。在改進時，考慮到此問題，該斜坡發生量設定的斜率較大，主傳動每秒種可變化最大速度百分比的100%。

3.2.2 總SUC斜坡發生量。總SUC斜坡發生量是整個L1控制的關鍵所在，它是通向傳動控制的最后一道關口。因此，在活套補償量增加斜坡后狀態穩定未發生異常的實際情況基礎上，并通過反復的曲線論證，同時與傳動專家的討論溝通，最終達到的目的是使跳變輸出控制在每30ms最大變化量為傳動最大速度的0.67%。

根據固有參數：主傳動最大速度計數25000CNT，100%；SUC輸出PLC（STC）掃描周期為5ms，可以得到：

主傳動每秒鐘可變化最大速度百分比：0.67%×（1000ms÷30ms）=22.33%

主傳動每秒鐘可變化最大計數：25000CNT×22.33%=5582.5CNT

4 結束語

該措施實施以后，既未影響軋機帶鋼軋制過程中的速度響應，滿足生產工藝需求，又消除了速度補償SUC突變造成的軋機跳電，效果良好。

作者簡介：謝捷（1982-），女，上海人，漢族，現職稱：主任工程師，學歷：本科，研究方向：電氣自動化。