連退張力輥高速打滑控制

鄔 瓊

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

1 連退平整機概況

1420 連退機組是由西馬克設(shè)計的一條高速連退線，其入口設(shè)計最高速度1 000 m/min，爐區(qū)最高速度750 m/min，出口最高速度1 100 m/min，其中平整機為雙機架四輥CVC 平整機，前后分別為7 號張力輥和8 號張力輥。連退平整機在高速運行時一直存在打滑現(xiàn)象，打滑的出現(xiàn)直接會造成平整機區(qū)域的張力波動，同時也會對平整機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，在保證這兩個條件的前提下仍然存在打滑問題。

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

圖1 平整機區(qū)域簡圖

2 張力輥的負載分配

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，以對機組實現(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子之間進行分配，這就涉及到負載分配的問題。在冷軋?zhí)幚砭€中，張力輥的負荷分配是一個很關(guān)鍵的問題，其控制的好壞將直接影響整個系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行，甚至會影響到生產(chǎn)率。在1420 連退機組中，采用強制等比例的負荷平衡控制方式。強制等比例負荷平衡控制方式的原理簡單，不用進行復(fù)雜的計算，實現(xiàn)起來方便，滿足大多數(shù)場合的應(yīng)用。其基本思想為：以其中一個輥子為主動輥，其他為從動輥，從動輥的負載按主動輥進行分配，這樣便形成了各個輥子的負載比例基本一致。強制等比例負載平衡的控制方式優(yōu)勢明顯，在設(shè)定張力下，各張力輥的負載趨于一致，控制算法原理簡單直觀，每臺電機都可以發(fā)揮出其最大功率，抗過載能力強，對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，直接張力控制這個概念不局限于張力輥，因為活套也有直接張力控制，同樣，活套也存在間接張力控制，控制類型是類似的。所謂直接張力控制，就是使用張力計測量張力段的實際值來進行控制，張力的設(shè)定值和實際值的偏差進入張力調(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，以此來拽緊帶鋼，從而調(diào)節(jié)實際張力；間接張力控制的張力輥，張力實際值來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)過轉(zhuǎn)換計算后作為張力實際值進入張力調(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，需注意的是要實現(xiàn)分量的準確性，必須做好摩擦補償和慣量補償，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：在一級系統(tǒng)中添加一個傳動的PZD（過程數(shù)據(jù)通道，用于讀寫包含控制字、狀態(tài)字、給定值和實際反饋值等信息），然后通過此PZD 發(fā)送電機速度控制器的I 環(huán)節(jié)系數(shù)，來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的重新分配。當電機不打滑時，使用等比例分配；當某個輥出現(xiàn)打滑情況時，通過積分環(huán)節(jié)降低此輥的輸出力矩[5-6]。

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

圖2 速度控制器

系數(shù)的計算是通過一級程序計算得出的，然后通過和傳動的接口來傳輸。接口程序如圖3 所示。

圖3 接口程序

系數(shù)的產(chǎn)生是通過積分塊積分得到的，當滿足條件即打滑時進行積分。積分輸出的范圍為：0.5～1.0。此系數(shù)來自于主輥的積分量，積分輸入為0.1。當打滑出現(xiàn)時，輥轉(zhuǎn)矩降低到設(shè)定系數(shù)，每個輥的此項系數(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（恒速時為-0.2%，加減速時為變量）。具體的積分計算程序如圖4 所示。

圖4 計算程序

在進行高速測試時發(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大而打滑，導(dǎo)致延伸率波動。造成這種情況的原因是在加減速過程中，傳動速度設(shè)定值與斜坡發(fā)生器設(shè)定值存在時間差，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，此時屬于正常狀態(tài)。鑒于此情況，決定在升降速過程中將判斷打滑的誤差值增加，以此來避免此類情況的發(fā)生。由于在測試過程中出現(xiàn)了速度差過大誤報的情況，于是對速度差進行濾波處理[7-9]。具體濾波處理程序如圖5 所示。此外，由于傳動在升降速過程中的精度本身較高，因此將檢測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，同時需要保證輥子粗糙度處于正常范圍之內(nèi)。在對張力輥兩側(cè)張力進行合理分配后，平整機在線速度達到了設(shè)計最高速度，雖然3 號、4 號輥轉(zhuǎn)矩開始出現(xiàn)打滑跡象，但通過自動降低負載分配的程序調(diào)整后，并未出現(xiàn)過大速度差，帶鋼也未出現(xiàn)劃傷，符合設(shè)計生產(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]。