微张力控制在中小型轧机中的应用

微张力控制在中小型轧机中的应用

摘要:莱钢中小型材的热连轧生产线,采用的为多架轧机轧制的次序来完成,微张力控制在其中的作用非常突出,在没有采用微张力控制的热连轧系统中,钢材的质量达不到标准要求,本文从微张力控制的核心部分作了详细介绍。

关键词:微张力钢坯内张力电机转矩R因子

1 前言

莱钢中小型材的热连轧生产线是国内技术较成熟的一条生产线,其中的张力控制是核心控制部分。为了实现无张力控制,理想上应使轧机各机架速度的“秒流量”相等。为了保证产品尺寸精度,提高轧制产品质量,避免由于各种原因导致的堆钢和拉钢,需要在轧制的各个机架之间尽量避免张力产生,由于粗轧区轧件截面积比较大,不易形成活套。所以采用微张力控制技术。

2 微张力自动控制系统的组成

莱钢轧钢厂中小型材轧机的全部机械设备由意大利DANIELI公司提供。其电控设备由瑞典ABB公司提供,它按照集散控制系统的组成,由上到下分为操作站设定级、过程站控制级与传动执行级。

其控制功能如下:(1)操作站设定级完成与微张力自动控制有关的上层设定及其系统监控功能,主要是微张力控制粗轧机组态的选择,即通过画面设定哪几架轧机之间被选作微张力控制,哪几架轧机之间被选作自动活套控制。对微张力控制中相邻两机架之间的张力大小进行设定。(2)过程控制站为ABB的MP200/1,主要完成与微张力有关的物料跟踪、逻辑时序互锁、传动执行级的速度级联、速度给定及微张力控制算法等功能。(3)传动执行级主要完成微张力控制部分轧机的传动,在系统中由DCV 700全数字直流调速装置完成。

3 微张力的控制原理

(1)微张力控制实质上是通过对相邻两工作机架中上游机架的电机转矩进行检测,并加以存储记忆,形成表示钢坯内张力大小的张力实际值,它与设定的张力给定值的偏差,通过比例、积分控制校正上游机架的速度来协调上下游机架之间的关系,以实现微张力控制。实现微张力控制的关键是准确测量各轧机的轧制力矩,系统通过检测对应机架电机的电枢转矩经过滤波、补偿等计算间接得到轧机

的轧制力矩值。(2)当本架轧机咬钢而轧件尚未进入下架轧机时,系统所计算出的力矩值,便是本机架的轧制力矩值,在下架轧机也咬钢后,系统再次计算出新的力矩值。这两个力矩值之差便是轧件上的张力力矩,此偏差值为正,表示机架间堆钢,偏差值为负,表示机架间拉钢。系统就是根据这个偏差值的正负和大小,给出相应轧机的速度修正量,来平衡轧机的速度,保证两机架间的轧件张力被限制在一定范围内,实现微张力控制。(3)微张力控制的是相邻两机架之间的关系,它通过轧件联系起来,这使两机架只间存在着耦合关系。R因子的引入将对控制系统进行解耦,从控制上消除两机架之间的耦合关系,使微张力控制只需对相邻两工作机架中上游机架的速度进行校正。而上游工作机架的速度校正中关键的部分是积分校正,它就是通过的R因子自整定来完成的,因此,R因子在微张力控制中相当重要。R 因子的引入是一个比较巧妙、有效的控制思想。

4 微张力自动控制过程

4.1 参数设定

操作站上设定的参数主要有:

(1)轧机组态:包括轧机选择(H1-SEL,表示可以启动传动系统)、工作机架选择(H1-WST,表示该机架参与速度级联控制)、R因子(H1-R)、轧机有效辊径(H1-WDIA)、轧件截面面积(H1-AR)。(2)相邻两机架间微张力控制选择(H1-TCE)、微张力设定值(H1-TREF)。(3)程序中直接设定的参数有:齿轮比(H1-Z)、最大转速(H1-RPMMAX)、滤波时间(H1-TRQFILT)、积分增益(H1-TIGAIN)、比例增益(H1-TPGAIN)。

4.2 控制过程

轧机转矩的变化是一个非线形增大量,滤波元素接受上游机架的波形转矩参数,它乘以张力转矩常数得到本咬钢机架的张力级联参数(TCC),当轧件到达小于警告长度WL3位置时,存储本机架的张力值。本机架张力值与存储的张力值进行比较,得到一个张力偏差,此张力偏差乘以积分增益得到TINTG,张力偏差乘以比例增益得到TPROPU。

TINTG应用于R因子的控制,得到一个补偿后的R因子,根据实际情况,下游机架的速度参数有一个设定值,此设定值除以补偿后的R因子,即为上游机架的实际速度值,此数据的变化是根据轧件运行的位置离下游机架的距离的长度测定而适时导通,所以轧件在运行过程中,从机架咬钢到轧件离开本机架,轧件头部、轧件中间、轧件尾部是在实际测量的WL1、WL2、WL3各自范围内,通过逻辑控制给出各自的开关触点,进行适时导通,从而调节上游机架的速度值。

轧机速度的设定是由轧机速度机连系统来完成的,速度设定信号由两部分组成:一部分是决定轧钢生产速度的主基准信号MCCU,它是在最末机架出口速度设

定的基准上向上游分配的,在向上游分配的过程中,每过一个辊缝,除以一个R;另一部分是叠加在主基准上的速度修正量,即级联比例校正量PCCU,它在向上游分配的过程中,每过一个辊缝除以一个相应的R。这样在主级联速度给定的基础上,通过速度修正量去动态自动调整上游机架的速度给定,协调上下游机架之间的速度关系,使钢坯在微张力下正常轧制。

5微张力控制的有关计算

5.1 轧机力矩的测量与滤波

当轧件进入机架时,跟踪元素TRAC-H1给出咬钢信号P,通过内程序的PC元素COM-CVI1,从DCV读取下列数据上游机架电机转矩NLDTRQ,经滤波后得到NTORQFILT。

通过内部计算,对于正在咬钢的本轧机机架,其张力级联值为:

NTCC=(N-1)TCC

TCC------微张力级联值

对于已不在咬钢的上游机架其张力级联值为:

NTCC=NTORQFILT*TCONST

其中TCONST=Z*2000000/DW*AREA

TCONST------微张力常数Z---齿轮箱齿比

DW-----轧辊直径AREA----轧辊受力面积

5.2 力矩记忆

当轧件到机架的距离L〈WL3时,逻辑信号L7=1,程序存储张力NTCC,并计算得到张力偏差:

NTACT=NTCC-(N-1)TMEM

TMEM-----张力存储值

则张力修正值为:

NTDEV=NTACT+NTREF