厚板軋機雪橇和負荷平衡控制及注意事項

摘 要：文章介紹了SIMADYND全數字控制交-交變頻系統在厚板軋機上的應用，同時介紹了雪橇控制和負荷平衡控制在軋鋼過程中的應用，重點分析了負荷平衡控制和雪橇控制功能調節時的注意事項。以期對調試及維護人員起到拋磚引玉作用。

關鍵詞：交-交變頻；SIMADYND；雪橇控制；負荷平衡

1 概述

厚板生產線粗軋機、精軋機傳動均采用大功率交-交變頻系統控制，電動機采用同步電動機，額定電壓1650V，頻率6.67Hz/16Hz，速度（40r/min）/（120r/min）。系統均采用雙電機單獨傳動，交-交變頻功率裝置為三相無環流可逆式晶閘管變流器，控制系統采用西門子公司SIMA2DYND全數字64位處理器組成的矢量控制交-交變頻調速系統，此系統具有控制精度高、響應快速、可靠性強及易于維護的優良品質。

2 雪橇和負荷平衡控制

厚板軋機在軋鋼過程中鋼板叩頭和翹頭現象十分常見，鋼板向下扎進地溝和向上沖撞測厚儀橫梁的情況時有發生，所以厚板軋鋼時要求在上、下輥咬鋼的過程中，鋼板頭部向上微翹，就是常說的雪橇控制；但在軋過頭部后又要求上、下輥線速度一致，負荷一致，也就是負荷要平衡。鋼板頭尾部彎曲變形的產生原因很多，有很多個相互關聯的影響因素，其中電氣方面的因素就是主傳動系統的動態機械特性和上、下輥速度差。厚板生產線的軋機主傳動電動機一般是雙電機上、下輥單獨傳動，雪橇控制和負荷平衡的控制也是最常用的功能。雪橇控制和負荷平衡不能同時投入，雪橇控制一般作用在上、下輥咬鋼的瞬間及之后的幾百毫秒，此段時間下輥的負荷遠大于上輥負荷。為了使上、下輥負荷基本平衡，雪橇形成后，雪橇控制功能撤除，負荷平衡控制隨后投入。負荷平衡功能主要是平衡上、下輥之間的轉矩。當上、下輥之間的負荷差值超過預設定的值時，負荷平衡調節器輸出直接作用到上、下輥轉速給定，通過調整上、下輥的速度給定值，使得其差值在允許的范圍之內。在實際生產中使用雪橇和負荷平衡控制功能，效果很好，根據軋制鋼板厚度的變化和經驗，操作工會調整雪橇的值，使鋼板扣頭和很翹的現象基本得到改善。

3 在實際調試過程中，雪橇和負荷平衡控制功能的調節需注意的事項

（1）明確負荷平衡控制的核心思想是：哪臺電機的轉矩大，就減少那臺電機的速度給定，而不影響另外一臺電機的速度給定。（2）負荷平衡補償量極性的判別：最簡單的方法是直接觀測A33、A331模塊加法器的極性，時時刻刻加法器的兩個加數極性相反，就是補償的極性正確。需要注意：負荷平衡補償量只作用于一臺電機（原因為上述第1點），所以可逆軋制正反轉兩個方向時，A33、A331兩個加法器都要進行極性確認。（3）當工藝、溫度條件比較理想時，上下輥本身的負荷比較平均，此時負荷平衡控制算出的補償量值小，投入頻率低，只觀察加法器就很難判斷極性是否正確，此時就需要根據程序確認了。（4）軋線系統發往傳動的速度給定有幾種情況：a.軋線系統分別發送上輥速度給定和下輥速度給定，這兩個給定遵循軋制工藝，是極性相反的。b.軋線系統分別發送上輥速度給定和下輥速度給定，這兩個給定遵循電氣工藝，是極性相同的。c.軋線系統只發送一個速度給定，傳動系統一般把它當作下輥的給定，內部再乘個反號作為上輥的給定。一般a和c的情況多些負荷平衡控制，極性判斷是以下輥速度調節器前的速度給定$SN1為依據。而此速度給定的極性與軋線系統發送的速度給定極性不一定相同，所以必須進行確認。否則，負荷平衡補償量的極性好容易搞錯。注意：有時軋線系統速度給定極性為正，電機正轉時，卻與需要的軋鋼方向相反。此時如果由傳動系統程序內部加反號，一定注意不要利用A34、A341的乘法器模塊。因為它會影響道$SN1的極性，造成負荷平衡補償的極性錯誤。而是在軋線系統通訊的根上加反號。（5）以軋機程序為例進行極性確認（如表1）由表1可以看出，最終的結果在A33、A331兩個加法模塊上體現出來。紅色標注的是負荷平衡計算出的補償量極性、黑色標注的是速度給定極性、□為上輥、○為下輥補償量與速度給定始終是兩個極性相反的量，說明極性是正確的。（6）負荷平衡，以力矩大小作為咬鋼判斷。力矩大于20%時認為軋機咬鋼，持續零點幾秒的雪橇特性后，作為負荷平衡使能的信號，但是這個簡單的判斷容易引起判斷失誤。當負荷平衡處于調節狀態或者是最后一道次軋制時，力矩有可能會小于20%，一旦力矩小于20%，負荷平衡使能信號立即撤銷，負荷平衡控制功能退出工作，當力矩重新大于20%時，還要持續零點幾秒的雪橇特性后，負荷平衡才能夠再次得到使能信號，造成控制混亂。XQ_EN是雪橇使能信號，來自程序A314.Q，與負荷平衡使能信號A3.Q是互反的。所以，可以理解為雪橇投入時，負荷平衡是退出的，反之亦然。由PDA波形可以看出，電流小于約1000A時（程序中對應10%），負荷平衡退出工作，造成雪橇量重新投入致使負荷差值越來越大，負荷重新大于1000A并持續零點幾秒時間后，雪橇功能退出，負荷平衡重新調整，來回折騰。程序修改力矩大于15%時認為軋機咬鋼，持續零點幾秒的雪橇特性后，負荷平衡調節投入，這部分功能保持不變；當力矩小于10%，而且持續500ms時間時，負荷平衡才退出，而不是象原來那樣電流一小于15%，負荷平衡馬上退出，這種判斷要準確一些。實際上當力矩小于10%，而且持續500ms時間后負荷平衡退出。在這種情況下，有沒有負荷平衡調節都無所謂了。（7）雪橇控制。雪橇補償量由軋線系統發送過來時，因為可逆軋機正反轉時，速度給定時正時負，所以同樣需要注意極性問題。$OPD5為雪橇量，軋線系統只發送一個速度給定，$REF_T為上輥的速度給定，是由傳動程序內部AA12模塊進行乘反號的。雪橇量與速度給定的絕對值相加，意味著不論正轉還是反轉，只要雪橇量為正就意味著加速，雪橇量為負就意味減速；雪橇量作用于上輥，雪橇量為正，實現上輥速度快。

4 結束語

雪橇和負荷平衡控制的使用，基本控制了鋼板的叩頭，減少了鋼板撞導板現象，避免了上、下電機的偏載。上面總結的注意事項，希望對于現場調試和日常維護能有所幫助。

參考文獻

[1]馬小亮.大功率交-交變頻調速及矢量控制技術[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2]SIEMENS 公司.Digital Control System SIMADYN D User Manual[Z].