連退機組入口活套張力控制與位置控制方法研究

肖至勇，俞鴻毅，崔熙穎

（1.寶山鋼鐵股份有限公司 寶鋼分公司，上海 201900；2.燕山大學 國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術研究中心，河北 秦皇島 066004）

0 引言

目前，在很多工業生產中，為了最大限度地降低生產成本，提高生產效率，減少生產過程中因正常中斷造成的經濟損失，一般采用連續生產方式［1］。為保證連退機組能以正常的工藝速度連續生產，需要在入口段與工藝段之間增加入口活套以保證原料的持續供應［2］。活套是保證冷軋生產線實現連續生產的關鍵，連續生產過程中穩定、精確的速度控制和張力控制是提高控制精度、防止帶鋼抖動的基礎，是產品質量的一項重要保證［3］。對于活套張力來講，其張力的控制目標有兩個：一是保證在正常運行條件下帶鋼不出現跑偏、撕裂等問題；二是在帶鋼清洗段發生一次斷帶后，活套各個輥組電機停車過程中，保證活套帶鋼張力異常時不至于發生二次斷帶。本文主要研究在發生一次斷帶后，如何通過控制活套張力和位置來防止帶鋼在入口活套內發生二次斷帶。

1 入口活套張力控制方法

張力在軋鋼生產中是一個不可忽略的重要因素，張力精度的控制直接影響了產品質量和生產過程的正常進行。張力如果過大可能引起斷帶，張力如果過小則不能滿足生產要求［4－5］。二次斷帶是帶鋼在清洗段發生一次斷帶后由于張力的減小或增大導致后續帶鋼再次發生斷帶的現象，二次斷帶可導致后續帶鋼逃逸至連退爐內，延長機組事故處理時間。

在機組張力控制的基礎上，若機組發生斷帶，則必須保證活套在一次斷帶停車時不至于發生二次斷帶。由于入口活套處的張力和后續爐內帶鋼張力密切相關，因此本文定義爐內帶鋼運行狀態綜合判斷指標為ξ，其臨界值為ξ＊，所以帶鋼斷帶運行預測約束為ξ＜ξ＊。

為保證機組斷帶后活套內帶鋼不發生撕裂和跑偏現象，故而特提出活套內帶鋼運行穩定性的綜合控制指標，表示為：

其中：δ為機組跑偏因子；δ＊為機組臨界跑偏因子；λ為機組撕裂因子；λ＊為機組臨界撕裂因子；β、η為加權系數，β＋η＝1；X 為帶鋼張力值，X＝｛σii＝1，2，…，N｝，σi為第i段帶鋼張力值。

帶鋼運行穩定性的綜合控制指標上限為Fmax。當發生一次斷帶后，活套內各輥子電機的功率會隨之發生變化，若保證不發生二次斷帶，則各輥子電機的功率和扭矩在單位時間內的變化率不能太大，不能超過各臨界值。為此，定義電機功率的變化率為KPΔt，電機功率變化率的臨界值為KP臨界，電機扭矩的變化率為KTΔt，電機扭矩變化率的臨界值為KT臨界。

綜合上述約束條件，可得出活套部分的張力優化函數：

于是，連續退火過程中入口活套的張力綜合優化過程可以描述為：尋找一個最佳張力設定值X＝｛σii＝1，2，…，N｝，使得在滿足約束條件的情況下，目標函數F（X）最小。

2 入口活套的位置控制方法

當發生一次斷帶后，后續帶鋼由于張力上升會使得上半部分活套小車急速下降一段距離，但下降后又容易造成帶鋼堆疊而造成二次斷帶，所以在發生斷帶后需要通過系統控制使活套小車下降一定距離，防止因張力過大導致斷帶出現帶鋼堆疊。在現場設計控制器以控制各輥子的轉矩，使轉角跟蹤誤差和同步誤差收斂趨于零。控制系統由兩部分組成：跟蹤控制器和同步控制器，如圖1所示。以圖1左邊第一個單元為例，跟蹤控制器采用前饋與PD反饋相結合的復合結構，其中θd（t）為前饋的輸入，ε＊i（t）為PD反饋的輸入。前饋項的作用是不斷逼近被控對象，使得輸出跟蹤參考指令，當被控對象發生參數攝動及擾動變化時通過PD反饋來抑制擾動。同步控制器采用PI控制器，ε＊i（t）為它的輸入，采用了相鄰耦合策略來減小同步誤差。

當檢測到斷帶時，結合張力控制方法，若采用緊急停車，機組降速斜率較大，會使活套處帶鋼張力異常上升，此時應緩慢下移活套小車上部，降低活套內部帶鋼的張力，結合抱緊輥的抱緊和張開，不使帶鋼因張力異常而出現爐內斷帶。

圖1 控制系統組成

3 現場應用

某鋼鐵企業1420連退機組每年因一次斷帶引起活套內發生二次斷帶的故障占清洗段斷帶故障的80%，發生二次斷帶后很容易導致后續帶鋼逃逸至連退爐內，延長了故障排除時間，給機組帶來巨大經濟損失。為此，采用本文所述相關技術模型進行計算，并利用斷帶后活套小車的位置控制方法，一方面調節帶鋼的張力，另一方面通過控制斷帶后活套小車的位置，確保在清洗段發生斷帶后活套內不發生二次斷帶。

采取本文所述技術后，企業每年因一次斷帶引發活套內發生的二次斷帶故障僅占清洗段斷帶故障的10%，減少了機組故障處理時間，給企業帶來了巨大的經濟效益。

4 結論

（1）通過控制活套內帶鋼的張力并設置爐內帶鋼運行狀態綜合判斷指標和活套內帶鋼運行穩定性的綜合控制指標，通過控制活套內各輥子電機的功率和扭矩變化率使得在發生一次斷帶后減小活套內發生二次斷帶的概率。

（2）通過設置跟蹤控制器的前饋與PD反饋相結合的結構，結合同步控制器的PI控制器，利用相鄰耦合策略來減小同步誤差，從而控制發生斷帶后活套小車的升降。