全数字直流调速系统在轧制工艺过程中的应用

第２１卷第４期机电产品开崖与钏新ＶｏＩ．２１，Ｎｏ．４至ＱＱ璺璺Ｚ旦里！！！！！！竺竺！垒！！竺：！！！！！竺竺竺！！！！！苎！！！！！兰！型！型！竺！！！Ｙ：！兰塑全数字直流调速系统在轧制工艺过程中的应用周天平。

刘颖慧（湖南工业大学冶金校区，湖南株洲４１２０００）摘要：利用ＰＬＣ为核心的全数字直流调速系统。

对螺纹钢生产线中的速度级联控制、活套控制、轧线速度自适应、速度冲击补偿、微张力控制等多方面进行控制。

调速平稳，精度高，有效提高了螺纹钢的成材率。

关键词：全数字直流调速系统；轧制工艺；高精度中图分类号：－Ｉ睨１文献标识码：Ａ文章编号：１００２－６６７３（２００８）０４＿１５６一０３０引言直流电动机的优点是具有较大的启动转矩和良好的起动、制动、调速性能．可以在很宽范围内平滑调速，能在很短的时间里改变转向。

所以直流调速系统在现阶段仍然是自动调速系统的主要形式。

目前。

绝大多数对调速性能要求较高的生产机械，都采用直流电动机来传动。

冷钢博强公司共有四条螺纹钢生产线，均为直流电机拖动，采用由ＰＬＣ控制的全数字直流调速装置进行调速，调速方式为在基速以下采用调节电源电压调速方式，基速以上采用弱磁调速方式。

工艺生产采用编码器测速进行速度反馈，速度级联调节，轧线速度设定自适应，活套调节速度实现无张力轧制，其运行情况良好，调速平稳，精度高，成材率比较高。

１ＰＬＣ控制的双闭环直流调速系统的结构双闭环直流调速系统是直流传动系统中最为典型的方式，实现该系统的ＰＬＣ控制将为其他多环系统的控制提供借鉴。

用ＰＬＣ实现的双闭环直流调速系统如图１所示。

直流电机双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛、经济、适用的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。

反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。

采用转速负反馈和ＰＩ调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。

但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等．单闭环系收稿日期：２００８—０４—０１作者简介：周天平（１９６０一），男，湖南双峰人。

本科，中级实验师。

现从事电工电子、电气控制等实验的教学工作。

统就难以满足要求。

这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。

在单闭环系统中，只有电流负反馈环节是专门用来控制电流的。

但它只是在超过临界电流值以后。

强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。

在实际工作中。

我们希望在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动。

到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡。

从而转入稳态运行。

这时。

启动电流成方波，而转速是线性增长的。

这是在最大电流（转矩）首相的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。

实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突变，为了实现在允许条件下最快启动，关键是要获得一段使图ｌ双闭环直流调速系统结构图Ｆｋ．１Ｔｈｅｓｙｓｋｍｓｔｎｌｃ“ｌｒｅｃｈａｒｔｏｆｄ伽ｂｋｄｏｓｅｄｌ∞ｐＤＣ—ｔｉⅡｌｉｎｇ电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律．电流负反馈就能得到近似的恒流过程。

问题是希望在启动过程中只有电流负反馈。

而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输入端。

到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再电流负反馈发挥主作用，因此我们采用双闭环调速系统。

这样就能做到既存在转速和电流两种负反馈作用又能使它们作用在不同的阶段。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，需要设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即把转速调节器的输出当作电流调节器的输入．再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫内环；转速环在外面，叫外环。

这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。

从图１可以看出ＰＬｃ要从外部输入电流反馈和转速反馈信号，输出触发脉冲信号，其余工作均在ＰＬＣ内部完成．数字给定也是用软件方法在ＰＬｃ内部设定。

２系统概述２．１速度级联调速轧线速度级联调节是修正某一相邻机架的速度关系，而不影响轧线其它机架已有的速度关系，速度级联调节各机架延升率的关系进行速度设定。

当有套量偏差或微张力控制时产生速度修正信号，以级联方式对应的相邻机架速度进行修正。

为保证精轧机出口速度的稳定，以提高飞剪的剪切精度，级联调节方向为逆向调节，即从精轧末机架轧机向上游级联。

当轧件在两机架间断开时，级联调节取消；轧件在两机架间连续轧制时，级联轧制重新建立。

２．２活套控制活套是用来检测和调节相邻机架间速度关系从而实现无张力轧制的设备。

一般用于轧件截面较小的场合。

活套控制分为套高（或套量）控制和起套辊控制。

活套调节器是通过检测到的活套高度偏差产生速度修正信号，去调节机架速度以维持活套高度保持在给定值不变。

以实现机架速度秒流量平衡，通过活套调节使轧件在轧制过程中形成自由的弧形，保持轧制过程为无张力状态。

图２为三轧厂精轧机组三平三立共６个机架组成，机架号为１３Ｈ、１４ｖ、１５Ｈ、１６Ｖ、１７Ｈ、１８Ｖ，共有５个活套。

假如活套Ｌ５出现高度差为△Ｌ５．若活套采用ＰＩ调节器，则Ｈ１７机架的速度调节是：△ｖ１７＝Ｋ口１７△ｋ＋Ｋｉ∑△Ｕ（ｉ＝１）为保证Ｈ，，调节后的秒流量平衡，Ｖ１６＇Ｈ１６，Ｖ１４都需进行相应的速度调节，如Ｖ。

的调节量如下：△ｖｌ庐△ｖ１７×—；｝＝△ｖ１７×寺显ｎ１７Ｖ１７式中：Ｒｌ广延升率，Ｖ１６和Ｖ１７为１６机架和１７机架的速度设定值。

脚普如果在Ｌ５活套在出现偏差时。

Ｌ４活套也出现偏Ｉ差，则要求Ｖ，。

的速度调节量为：Ｉ△ｖ１６：Ｋｐｌ６△Ｌｌ＋Ｋｉ∑△Ｌ４ｉ（ｉ－１）对于前两项，Ｈ１６机架总的速度调节量为：△ｖ１６．１（ｐ１６△Ｌ—Ｋ；∑△Ｌ．ｉ＋△ｖ”×害监Ｖ１７２．３轧线速度设定自适应ｌＬｌＬ２【３ＭＬ５ｎ八②八厂］八②八厂］八ｇＩ锚－４Ｖ锚ｔ钾揣－８Ｖ图２精轧机组的机架和活套结构示意图ｎｇ．２Ｔｈｅｓｔ邝ｃｔｌＩｒａｌ北ｐｒｅ鸵ｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｃｋ蛐ｄｌ∞ｐ储存在轧制程序表中的初始设定参数，如辊径、速比、计算速度等不可避免会有误差，这样就不能完全适应各轧机之间的速度级联关系，而在轧制的过程中，这Ｉ些误差会通过微张力控制、活套控制以及速度修正信号的形式，作用于相应的机架上来形成真实的速度配合关系。

速度设定自适应功能就是根据速度修正信号来对相应机架的延伸率进行修正，并根据修正后的延伸率来修正速度的设定值，从而使下一个轧件轧制时，各机架间Ｉ处于最佳的配合状态。

同时，操作人员可以对机架的速度进行手动调节，在主操作台上设有各机架速度微调按钮，用于对各机架问的速度协调关系进行人工调节，调节好后的机架间的速度协调关系，经人工确认，系统可自动存储此时各机架的速度，作为该轧制程序下的速度级联速度设定。

２．４速度冲击补偿当轧机咬钢或运行中产生冲击负荷时，速度会瞬间降低。

机架间正常的速度关系受到破坏，会形成轧件堆积。

速度冲击补偿的目的是帮助轧件顺利咬入轧机，减ｌ小和消除速度波动。

实现方法是在轧件进入轧机之前提高此机架的速度。

速度提高的百分数及撤掉此值的过程时间可从上位机上调整而且可存储到轧制表中，另一方面。

在机架间有活套控制时，动态速降有利于活套形｝成，其速度补偿量可适当减小。

｛２．５微张力控制微张力控制是保证高速棒线材轧机顺利轧制和提高产品质量的必要手段。

目的是使中轧机组各机架之间的轧件按微小的张力进行轧制。

张力控制是一个复杂的过程，高速棒线材一般采用“电流一速度“间接微张力控・制法。

它的基本思想是：张力的变化是由线材的秒流量差引起的，而调整轧机的速度就能改变秒流量，以达到控制张力的目的，其控制方法同轧机速度的级联调节方向有关，如果级联速度为逆调，则需控制各机架的前张ｉ力；如果级联速度为顺调，则需控制（下转第１６５页）５结束语Ｉ蓁喜萎塞：本文介绍的基于ＰＬ￡和变频器的恒压供水控制系Ｉ【ｌ】雷宏彬。

曹晓娟ｔ基于ＰＬｃ的变频器的恒压供水控制系统田．工业统，已成功用于某化工厂的生产供水及其周边居民的生仪表与自动化装置，２００７，３・活供水。

该控制系统具有节能显著、性能稳定、运行可【２】王淼・变频调速在恒压供水中的节能作用叨・电器开关，２００７，１・Ｅｎｅｒ影Ｓａ埙ｎｇＲ般。

璐ｔｌ？ｕｃｔｉ蚰砸ｔｈＦｒｅｑｕｅ眦ｙＣ彻Ｖｅ商蚰Ｔｅｃｈ面ｑ眦ｏｆＷａｔｅｒＳｕｐｐｌｙＳｙｓｔ哪Ｂ舔ｅｄ蚰ＰＬＣ勰Ａｏｙｏ，矿Ｇ∞一，ｙｕ形ｅｉ２（１．ｚｈ句ｉ狮ｇＪｕｈｕａｃｏ．删．，Ｑｕｚｈｏｕｚｈ旬ｉａｉｌｇ３２４００４，ｃ１１ｉｎａ；２．ＱｕｚｈｏｕｃｏⅡｅｇｅ，Ｑｕｚｈｏｕｚｈ白岫３２４０００，ｃｌｌｉｍ）Ａｂ甜髓ｄ：Ｔｌｌｌ．ｏｕｇｈ孤ａｌｙｚｉｆｌｇｔ１１ｅｄｉｓａｄＶａｎｃａｇｅｓｏｆｅ）ｄｓｔｉｎｇｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｎ巧，ａｋｉｎｄｏｆｎｅｗｃｏｎｓ七ａｎ‘ｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｉｓｉＩｌ口。

一ｄｕｃｅｄｂａｓｅｄｏｎｂｏｔｈＰＬｃａＩｌｄ丘ｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｎｇｅｒ，ｉＩＩｄｕｄｉｎｇｄｌｅ哪ｔｅｍｓｔｎｌｃｔｕｒｃ，ｍｎｃｔｉｏｆｌｓ，ｗｏｒｂｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｅｎｅ啊７一ｓａ们ｎｇｂｅｎｅ６ｔ．Ｔｈｅｃｏｎ廿ｏｌｓｙｓｔｅｍｈａＳｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｔｏａｌａｒｇｅｃｈｅｌＩｌｉｃａｌｐｌａｎｔｓｕｃｃｅｓｓｍｕｙ．Ｉｔａｌｓｏｃａｎｅｍｕｒｅｄｌｅｃｏｎｓ啪ｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｗａｔｅｒ—ｓ叩ｐｌｙａ１１ｄｄｌｅＰｒｏＩＩｌｉ—ｎｅ力ｔｅ赶吝ｃｔｏｆｅｎｅ瑁ｙ一铅、，ｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：丘ｃｑｕｅｎｃｙｃｈａｎｇｅｒ；ＰＬＣ；ｃｏｍｔｍｔｐ弼ｓｕｒｅｗａｔｅｒｓｕｐｐｌｙ；∞ｅｒｇｙ—ｓ撕ｎｇ（上接第１５７页）各机架的后张力，即：当钢坯咬入下机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等一机架后，根据本机架同下游机架之间的堆拉关系来调电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号。

通过整下机架的速度设定，使本机架与下一机架之间的张力计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动维持在设定值。

机的转速。

（我公司增量型旋转编码器轴每旋转一周，提３调速系统中的旋转编码器ｌ鬟嬲詈嚣瓷蒹淼要兰薹旋转编码器是用来测量转速的装置。

它分为单路输编码器输出脉冲Ａ、Ｂ之间相差为９０。

，能使接收脉冲出和双路输出两种。

技术参数主要有每转脉冲数（几十的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可用来控制双个到几千个都有）和供电电压等。

单路输Ｈｊ是指旋转编向的定们控制，另外三通道增量型脉冲编码器每一圈产码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出生一个称之为零位信号脉冲的ｚ脉冲。