連退線爬行活套控制功能優化

呂 劍， 盧 杰， 王松濤

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司冷軋部， 河北 唐山 063210）

連退線生產薄帶鋼時，清洗段頻繁停車會導致起筋、出楞等各類生產問題，在入口與清洗段之間設置一個爬行活套，可以保證入口停機焊接時，清洗段仍保持一個較低速度運行。爬行活套帶鋼存儲量較少，卷揚最大速度僅為45 m/min。在日常生產中，由各類控制缺陷引起的速度不匹配現象很容易導致爬行活套卷揚速度超限，從而引起各類生產問題。爬行活套結構如圖1所示。

圖1 爬行活套結構圖

1 控制原理介紹

對于爬行活套速度匹配問題的分析，首先要掌握與其相關的各個控制原理，例如活套卷揚速度控制原理、活套張力控制原理、剩余長度定位控制原理、剩余長度計算原理、開卷機直徑計算原理[1]。

1.1 活套卷揚速度控制原理

對于活套卷揚速度控制，其主要作用為平衡活套入口側與活套出口側的速度差，并附加各類速度補償（主要以張力控制補償速度為主，其他不詳細介紹）。規定活套卷揚提升方向為正方向，其計算公式如下：

式中：VLLOOP為活套速度給定值；VLBR1為1號張緊輥速度給定；VLBR2為2號張緊輥速度給定；VL_TECHLOOP為活套張力控制附加速度。

1.2 活套張力控制原理

張力控制分為直接張力控制與間接張力控制。直接張力控制張力實際值由張力計測量，其控制原理為張力設定值與實際值之差經過PI控制器，得出附加速度來調節張力；間接張力控制實際值由電機轉矩計算得出，其控制原理為通過精確控制電機轉矩來間接控制張力?；钐讖埩刂茖儆谥苯訌埩刂?，其張力附加速度直接附加在活套卷揚主速度給定值[2]。

圖2 變頻器速度控制原理

圖2中，T_SETLOOP為活套張力設定值；T_ACTLOOP為活套張力實際值；VL_TECHLOOP為活套張力控制附加速度。

1.3 入口自動甩尾定位原理

自動甩尾定位屬于剩余帶鋼長度定位，其作用為入口甩尾停車時將帶鋼剩余長度定位至一個固定長度[3]。該定位有以下幾個關鍵點：

1.3.1 定位距離

定位距離即為該定位激活到結束要走的距離，該值在程序中設定為290 m。

1.3.2 定位設定值

剩余長度定位有兩個設定值，SETP1為定位設定值1，由操作工HMI設定，其定義為定位結束后帶鋼剩余長度；SETP2為定位設定值2，定義為定位實際值切換點，該值在程序中設定為50 m。

1.3.3 定位實際值

剩余長度定位實際值有兩種算法，由于定位距離設定為290 m，SETP2設定為50 m，則定位激活時，在前240 m（290-50=240），定位實際值由剩余長度計算得出，計算公式如下：

式中：STRL為當前帶鋼剩余長度；SETP1為定位結束后帶鋼剩余長度；S_ACT為定位實際值。

在后50 m，定位實際值由1號張緊輥2號輥編碼器計算得出。定位實際值如此設定的原因為：在降速階段的速度控制不如在勻速運行時控制穩定，可能會導致S_ACT不準，因此在降速期間定位實際值要用編碼器計算值而不能同剩余長度計算值，避免定位不準[4]。

1.3.4 定位激活點

定位激活點即為定位激活的時間。具體定義為當帶鋼剩余長度小于等于SETP1與定位距離之和時激活定位，其計算公式如下：

式中：STRL為當前帶鋼剩余長度；SETP1為定位結束后帶鋼剩余長度；290為定位距離。

1.3.5 定位降速點

定位降速點計算方式為根據加速度設定值和當前的速度設定值計算出剩余多少米的時候激活降速。相關計算公式如下：

式中：S_DEC為減速距離；V為減速前的運行速度；a為加速度設定值。

1.3.6 剩余長度定位原理綜述

剩余長度定位原理為：當STRL小于SETP1+290時激活定位，當STRL小于SETP1+50時將S_ACT由剩余長度計算切換至編碼器計算，當STRL小于SETP1+S_DEC時激活降速。S_ACT的作用為修正當前的速度斜率，若反饋的定位實際值在當前的速度斜率下無法完成該定位，則程序會改變當前的速度斜率，保證定位的準確性。

1.4 剩余長度計算原理

剩余長度為當前帶鋼在開卷機處剩余的長度，其通過側面積相等的原理進行計算，其計算原理如下：

式中：STRL為帶鋼剩余長度；D為帶鋼當前外徑；D內為帶鋼內徑；h為帶鋼厚度。

1.5 直徑計算原理

鋼卷外徑計算有三種方式。

1）激活外徑給定時，由外部寫入，一般用在有新卷上卷時寫入新卷外徑；

2）在建張運行時，根據線速度相等的原理，由開卷機、1號張緊輥編碼器計算得出；

3）在穿帶甩尾沒有建張時，由帶鋼厚度、帶鋼走的距離計算得出。

在甩尾定位期間，帶鋼屬于建張運行，直徑計算采取第二種計算方式，其計算原理如下：

式中：N1為1號張力輥2號輥編碼器計算角速度；D1為1號張力輥2號輥直徑值（已知量）；N開為開卷機編碼器計算角速度。

2 爬行活套控制優化實例解析

2.1 故障描述

連退線入口甩尾時，爬行活套掉張入口停車，爐區降速。

2.2 故障原因分析

爬行活套負向最大速度為-45 m/min，在甩尾降速時，VLBR1與 VLBR2斜率偏差很大，根據公式（1），爬行活套給定速度達到-90 m/min，遠遠超出負向最大速度，因此活套張力上升，張力控制產生的附加速度VL_TECHLOOP負向增加至最大值（-12m/min）。

當線速度快要降至0時，VLBR1與VLBR2斜率偏差從-90 m/min降至0的速度很快，張力控制輸出的附加速度有滯后性，即VL_TECHLOOP從-12 m/min到0的速度較慢，因此活套掉張[5]。

2.3 VLBR1與VLBR2斜率偏差大原因

根據曲線記錄分析，此次故障為VLBR1降速斜率增大導致。

VLBR1的降速斜率是由自動甩尾定位進行控制，自動甩尾定位屬于剩余長度定位。根據公式（4）可計算得出S_DEC為70，即在70 m處激活降速，但SETP2設定為50，因此在降速前期S_ACT由STRL計算，降速后期由編碼器值計算。

通過曲線分析，在降速前期由于STRL計算不準導致S_ACT偏大，因此程序為了保證定位的準確性，將VLBR1降速斜率增大。

2.4 降速前期STRL計算不準原因

由公式（5）可知，STRL由鋼卷外徑D、鋼卷內徑D內、帶鋼厚度h計算得出，其中D內、h均為已知量，因此STRL計算不準由鋼卷外徑D計算不準導致。

2.5 鋼卷外徑計算不準原因

由公式（6）可知，鋼卷外徑D由開卷機角速度N、1號張緊輥直徑D1、1號張緊輥角速度N1計算得出，該計算公式以開卷機與1號張緊輥線速度相等的原理進行計算，一旦線速度不相等，計算必出問題。查看曲線可知在降速前期，1號張緊輥出現明顯的打滑現象，一旦打滑線速度必定不相等，因此打滑即為故障的根本原因。

2.6 故障措施

1）定期測量1號張緊輥粗糙度，粗糙度下降嚴重及時更換。

2）生產期間出現打滑可采取調整張力給定，減小1號張緊輥兩側張力差的臨時措施。

3）將SETP2由50 m改至100 m，保證降速過程中S_ACT使用編碼器計算，而不使用STRL計算。修改之后即使出現輕微的打滑也不會掉張（生產中打滑的原因比較復雜也較難預防的，輕微的打滑便導致掉張應該避免）。

3 結論

活套速度控制的穩定性是后處理產線穩定運行的一個很重要的因素，本文闡述的活套速度控制、活套張力控制、定位控制、剩余長度計算、卷徑計算等原理對處理后處理線各類生產設備故障有重要的指導意義。