DDC控制系統在鍍錫重卷機中的應用

王 忠

WANG Zhong

（海南大學 機電工程學院，儋州 571737）

0 引言

鍍錫成品的質量與清洗、酸洗、電鍍、軟熔、干燥、涂油等有關。出口部分并不能改變帶鋼的質量指標，但是高質量的成品若在出口部分處理不當，將會使其成為次品或廢品[1]。為此在卷取機卷取過程中，如何控制其張力和速度，是保證成品質量的關鍵因素之一。常采用的方法是在模擬或數模組合的雙閉環轉速控制系統的基礎上加進張力反饋控制環，通過張力補償作用，維持系統的線速度一致。缺點是卷徑增大時所要求的轉速補償量可能超出反饋的張力補償能力的極限，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題。

1 工藝概況

經退火回火的冷軋薄鋼板卷，在鍍錫機組入口段，由開卷機、張力輥利用張力控制開卷，經焊接成連續鋼帶后，送入活套塔存儲，保證工藝段能以300MPM的速度連續生產。帶鋼進入工藝段，經清洗、酸洗、水洗槽，清除帶鋼表面油污、氧化物等后，清潔活化的帶鋼進入電鍍段。帶鋼在六個上部電鍍槽、八個下部電鍍槽內完成雙面等厚或差厚的鍍錫，然后經軟熔并淬冷成為光亮的鍍錫板帶[2]。接著，連續經過鈍化、沖洗、干燥、涂油后，由剪切機切斷焊縫，卷取機復卷成鍍錫薄板卷材，即成品。

2 工作原理

DDC系統中常采用的算法是PID調節法[3]，但此系統采用PI算法，其輸入e(t)與輸出u(t)關系可用下式表示：

加入PI調節器后，系統開環增益變化Kp/Ti倍。校正對象函數為

閉環特征方程為

在穩定狀態下，PI校正可增加系統型號，消除速度誤差，而穩態加速度誤差則從∞變為有限值Ti/K0Kp，可見Ti、Kp由穩定性裕量與穩態加速度誤差共同確定。其頻率特性如圖1所示。

圖1 調節器頻率特性

由圖1可知，增大Ti，轉折頻率1/Ti左移，中頻段寬度h增大，系統穩定性提高，但開環增益K0Kp/Ti減小，穩態加速度誤差會增加。由此可見，Kp〈1時，相位裕量與加速度誤差都增大； Kp=1時，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 調整與應用

3.1 檢測電平及校準

除非DDC控制器設置正確，否則不可能高水平運行。同時，由于意想不到的故障，所以應對設定值進行確認并通過以下要點來調整：

1）電流檢測：主要是通過零點和增益的調整來校準馬達電流；

（1）零點調整：馬達停止運轉狀態下，通過調整N89參數，此時馬達電流顯示值為零A。然后初始值設定為0.5A對應零；

（2）電流檢測增益：檢查實際電流與顯示電流是否相等，可通過N90參數以百分之一的增量來調節，其范圍在-50～+50%，初始值調整為0。

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

3）VDC零位調整和增益：用來檢查馬達電壓和顯示校準，校正量是對直流電動機的額定電壓和輸入速率可以為-10.0～10.0%范圍內進行；

4）供電電源電壓增益調整：校正量是對供電電源的額定電壓和輸入速率可以為-10.0～10.0%范圍內進行；

圖2 控制系統電路結構圖

圖3 參數變化對系統性能的影響

5）模擬監視輸出：用于馬達輸出電壓的校準。可通過雙回路實現。

3.2 控制系統調整及應用

控制系統電路結構如圖2所示。系統穩定性的調整是通過調節速度環的PI參數，PI調節是利用P調節快速抵消干擾影響，同時利用I調節消除殘差，其比例系數P取值范圍0～20，積分時間I取值范圍0.001～2.000秒。此系統中預設定P=5.0，I=0.05。

空載運行完成了上述校準和設定，然后聯接設備到電機，使電機以可能的轉速運轉并快速地改變速度，觀察連接到監視回路2的轉速表是否發生相同的變化響應。偶然地，由于速度條件的變化，應選擇高、中、低速度運行觀測。進行設置時以不施加電流限制程度的變化來操作。在此系統中，最終偏差為最大轉速的2～3%。調節器輸入、輸出波形如圖3所示。

經觀測調節器波形圖3，分析可知：

1）PI參數適當，調節器輸出波形為B或C波形。此系統中P取值為5.7，I為0.061；

2）由于斜率過小，導致圖3中的D波形，適量增加P（比例系數）值，若還不能形成C波形，則適量增加I（積分時間常數）值；

3）另一方面，由于斜率過大，導致E波形，首先減小P值，若還不能修正波形，則減小I值以便快速響應系統請求；

4）機組帶負荷運轉時，會出現D或E波形，應根據負載性質，修正PI參數為合適的值。

4 結論

鍍錫重卷機DDC控制系統,自調試運行以來,已生產多種規格的帶鋼，各項指標均達到工藝要求。全數字化的設計，大大提高了系統的可靠性。依據實際情況調整系統參數，保證良好的系統線性同步跟蹤性能，滿足了生產線的工況需求。

[1] 葛延津,陳巖,張貴強.冷連軋卷取機控制模式與帶尾定位計算方法[J].冶金自動化,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[j].自動化與儀表,1991(4)：39-42.