連退張力輥高速打滑控制

鄔 瓊

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司鍍錫板事業(yè)部，河北 唐山 063200）

1 連退平整機(jī)概況

1420 連退機(jī)組是由西馬克設(shè)計(jì)的一條高速連退線，其入口設(shè)計(jì)最高速度1 000 m/min，爐區(qū)最高速度750 m/min，出口最高速度1 100 m/min，其中平整機(jī)為雙機(jī)架四輥CVC 平整機(jī)，前后分別為7 號(hào)張力輥和8 號(hào)張力輥。連退平整機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)一直存在打滑現(xiàn)象，打滑的出現(xiàn)直接會(huì)造成平整機(jī)區(qū)域的張力波動(dòng)，同時(shí)也會(huì)對(duì)平整機(jī)的延伸率以及二次壓下狀態(tài)下的秒流量控制模式造成影響。打滑現(xiàn)象與張力輥兩側(cè)的張力差以及張力輥輥的粗糙度有著直接關(guān)系，在保證這兩個(gè)條件的前提下仍然存在打滑問(wèn)題。

經(jīng)查看相關(guān)資料，決定采用減小打滑張力輥轉(zhuǎn)矩的方式對(duì)張力輥組的負(fù)載進(jìn)行分配，從而減小打滑輥的出力大小，緩解打滑現(xiàn)象[1-3]。平整機(jī)區(qū)域簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 平整機(jī)區(qū)域簡(jiǎn)圖

2 張力輥的負(fù)載分配

張力輥工作原理：帶鋼包繞在張力輥上，在其包繞接觸處產(chǎn)生摩擦力，使入口與出口產(chǎn)生張力差，由此改變張力輥入口與出口帶鋼的張力值，以對(duì)機(jī)組實(shí)現(xiàn)張力控制以及張力分段。

張力輥組的組成方式一般有兩輥式、三輥式和四輥式等，由于張力輥組前后的張力不同，其中的張力差就需要在組成張力輥組的各輥?zhàn)又g進(jìn)行分配，這就涉及到負(fù)載分配的問(wèn)題。在冷軋?zhí)幚砭€中，張力輥的負(fù)荷分配是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題，其控制的好壞將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)绊懙缴a(chǎn)率。在1420 連退機(jī)組中，采用強(qiáng)制等比例的負(fù)荷平衡控制方式。強(qiáng)制等比例負(fù)荷平衡控制方式的原理簡(jiǎn)單，不用進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)起來(lái)方便，滿足大多數(shù)場(chǎng)合的應(yīng)用。其基本思想為：以其中一個(gè)輥?zhàn)訛橹鲃?dòng)輥，其他為從動(dòng)輥，從動(dòng)輥的負(fù)載按主動(dòng)輥進(jìn)行分配，這樣便形成了各個(gè)輥?zhàn)拥呢?fù)載比例基本一致。強(qiáng)制等比例負(fù)載平衡的控制方式優(yōu)勢(shì)明顯，在設(shè)定張力下，各張力輥的負(fù)載趨于一致，控制算法原理簡(jiǎn)單直觀，每臺(tái)電機(jī)都可以發(fā)揮出其最大功率，抗過(guò)載能力強(qiáng)，對(duì)張力分布沒有特殊要求[4]。

張力控制分為直接張力控制和間接張力控制，直接張力控制這個(gè)概念不局限于張力輥，因?yàn)榛钐滓灿兄苯訌埩刂疲瑯樱钐滓泊嬖陂g接張力控制，控制類型是類似的。所謂直接張力控制，就是使用張力計(jì)測(cè)量張力段的實(shí)際值來(lái)進(jìn)行控制，張力的設(shè)定值和實(shí)際值的偏差進(jìn)入張力調(diào)節(jié)器，將輸出的附加速度加載到要控制的主輥速度環(huán)上，以此來(lái)拽緊帶鋼，從而調(diào)節(jié)實(shí)際張力；間接張力控制的張力輥，張力實(shí)際值來(lái)自張力輥主輥的速度調(diào)節(jié)器輸出的I 分量（穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩），該分量經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換計(jì)算后作為張力實(shí)際值進(jìn)入張力調(diào)節(jié)器，同樣，張力調(diào)節(jié)器輸出附加速度加載到速度設(shè)定值上，需注意的是要實(shí)現(xiàn)分量的準(zhǔn)確性，必須做好摩擦補(bǔ)償和慣量補(bǔ)償，以保證速度調(diào)節(jié)器輸出的穩(wěn)態(tài)值全部用于張力控制。

3 控制思想及解決方案

優(yōu)化方案：在一級(jí)系統(tǒng)中添加一個(gè)傳動(dòng)的PZD（過(guò)程數(shù)據(jù)通道，用于讀寫包含控制字、狀態(tài)字、給定值和實(shí)際反饋值等信息），然后通過(guò)此PZD 發(fā)送電機(jī)速度控制器的I 環(huán)節(jié)系數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的重新分配。當(dāng)電機(jī)不打滑時(shí)，使用等比例分配；當(dāng)某個(gè)輥出現(xiàn)打滑情況時(shí)，通過(guò)積分環(huán)節(jié)降低此輥的輸出力矩[5-6]。

由于在設(shè)計(jì)之初8 號(hào)張力輥積分分配是在傳動(dòng)部分完成的，因此，如果想降低積分部分，則需添加一個(gè)PZD，以用于傳輸降低系數(shù)。傳動(dòng)的速度控制器如圖2 所示。

圖2 速度控制器

系數(shù)的計(jì)算是通過(guò)一級(jí)程序計(jì)算得出的，然后通過(guò)和傳動(dòng)的接口來(lái)傳輸。接口程序如圖3 所示。

圖3 接口程序

系數(shù)的產(chǎn)生是通過(guò)積分塊積分得到的，當(dāng)滿足條件即打滑時(shí)進(jìn)行積分。積分輸出的范圍為：0.5～1.0。此系數(shù)來(lái)自于主輥的積分量，積分輸入為0.1。當(dāng)打滑出現(xiàn)時(shí)，輥轉(zhuǎn)矩降低到設(shè)定系數(shù)，每個(gè)輥的此項(xiàng)系數(shù)不同，該系數(shù)根據(jù)輥所在的位置從張力低的一側(cè)到高的一側(cè)逐漸增加。具體的三個(gè)能積分的條件是：速度大于8 m/s；速度差小于0；速度差小于設(shè)定值（恒速時(shí)為-0.2%，加減速時(shí)為變量）。具體的積分計(jì)算程序如圖4 所示。

圖4 計(jì)算程序

在進(jìn)行高速測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常出現(xiàn)速度沒有明顯打滑而張力輥（除主輥外）已出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩下降的情況，此種情況有可能造成主輥出力過(guò)大而打滑，導(dǎo)致延伸率波動(dòng)。造成這種情況的原因是在加減速過(guò)程中，傳動(dòng)速度設(shè)定值與斜坡發(fā)生器設(shè)定值存在時(shí)間差，而使速度反饋值和斜坡發(fā)生器的速度值出現(xiàn)大于設(shè)定值的明顯誤差，此時(shí)屬于正常狀態(tài)。鑒于此情況，決定在升降速過(guò)程中將判斷打滑的誤差值增加，以此來(lái)避免此類情況的發(fā)生。由于在測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)了速度差過(guò)大誤報(bào)的情況，于是對(duì)速度差進(jìn)行濾波處理[7-9]。具體濾波處理程序如圖5 所示。此外，由于傳動(dòng)在升降速過(guò)程中的精度本身較高，因此將檢測(cè)打滑的條件適度放大。

圖5 濾波程序

4 應(yīng)用效果

經(jīng)程序優(yōu)化后，連退張力輥高速打滑情況明顯減少，但是在此基礎(chǔ)上，需要保證張力輥兩側(cè)張力差不能太大，同時(shí)需要保證輥?zhàn)哟植诙忍幱谡７秶畠?nèi)。在對(duì)張力輥兩側(cè)張力進(jìn)行合理分配后，平整機(jī)在線速度達(dá)到了設(shè)計(jì)最高速度，雖然3 號(hào)、4 號(hào)輥轉(zhuǎn)矩開始出現(xiàn)打滑跡象，但通過(guò)自動(dòng)降低負(fù)載分配的程序調(diào)整后，并未出現(xiàn)過(guò)大速度差，帶鋼也未出現(xiàn)劃傷，符合設(shè)計(jì)生產(chǎn)要求。該功能的投用解決了爐區(qū)限速的條件，提高了1420 連退的生產(chǎn)效率[10]。