棒材连轧粗轧微张力控制

第31卷第4期

2011年12月

黑龙江冶金

Heilongjiang Metallurgy

Vol．31No．4

December 2011

收稿日期：2011－07－04

作者简介：段刚义，毕业于辽宁省本溪冶金高等专科学校，工业电气自动化技术。

棒材连轧粗轧微张力控制

段刚义，杨慧杰

（吉林建龙钢铁有限责任公司，吉林省

吉林市132001）

摘

要：本文以PLC 为核心控制单元，对棒材粗轧机组进行微张力控制。PLC 对各电机的控制采用PI 控制规

律，有效地利用了PLC 的系统资源。通过实际验证，该系统运行稳定，各项指标均满足生产要求。关键词：粗轧；PLC ；微张力控制

Bar Rolling Rough Rolling Micro Tension Control

Duan Gangyi ，Yang Huijie

（Jilin Jianlong Iron and Steel Co．，Ltd．，Jilin Jilin 132001China ）

Abstract ：This paper introduces the micro tension control based on the PLC as the core control unit to the bar roughing．The PLC adopts the PI control laws to conthol all of the motors ，and effectively makes use of the system resources of the PLC．By use tested actually ，this system moves steadily and all of the indexes can meet the production requirements．KeyWords ：Rough Rolling ；PLC ；Micro Tension Control 通钢棒材连轧厂成立于1999年8月，生产Φ12 Φ40圆钢及螺纹钢，年设计能力35万t 。轧制棒材的整套过程是以PLC （可编程序控制器）为核心的，过去人们使用PLC 往往只注重逻辑功能的使用。近年来，随着PLC 技术的发展，各种功能齐全的PLC 相继出现，其定时计算、算术运算、数据处理、网络通信等功能日臻完善，为其在轧钢控制系统中的应用提供了可靠性。

1轧钢工艺简介

整条轧线共有17架轧机（7架粗轧机、4架中轧机、

6架精轧机）、3台飞剪、1台水平活套、5台立式活套。粗轧机组为水平布置方式，轧件经粗

轧机组轧制7道次轧成Φ50圆断面，

由1#

飞剪切头切尾后轧件进入中轧机组。中轧机组布置方式为水平布置，轧件按需求轧制2 4道次，轧成

Φ26．9 Φ39圆断面，此时轧件还需2#

飞剪切头

切尾才能送入精轧机组。精轧机组为平－立交替布置，轧件经精轧机组轧制2 6道次轧成成品所

需断面，轧制速度为3．3 17m /s 。

2粗轧机组微张力控制

生产过程中影响机架间张力的工艺参数很多，如变形量、温度变比、轧制力矩、轧制速度等，不可能做到绝对无张力轧制。为此，本系统也采用速度匹配、

反拉力微调的控制思想。在轧制过程中保持金属秒流量相等的原则，同时也反映出相邻机架出口侧轧件线速度之比。

控制系统中通常保持机组中某一架轧机的速

度不变，通过改变其它各架的因子来按某一方向进行速度修正。若按自下而上的方向进行修正，叫逆向。反之，称为顺向。我厂由3号台在“设定”画面中输入末架轧机线速度设定值，采用逆向修正的方法进行轧制。令n i 为对应直流电机的转速，则n i 与V i 之间存在比例关系：

n i =i i V i

（1）

式中：i i —第i 架轧机的传动比；V i —第i 架轧机线

速度。

1

2

黑龙江冶金第31卷

此外，在稳定轧制时，（1）式中n i与相应的全

数字直流调速系统的给定值U i之间成一定的比

例关系，即

n i =k

ci

U

i

（2）

式中：k ci—比例常数

3微张力控制软件设计

3．1软件设计

在对电机的调速控制中有比例微分（PD）、比例积分（PI）和比例积分微分（PID）三类调节器。根据本棒材生产线的实际情况，其调速系统要求以稳和准为主，对快速性要求不高，所以采用PI 调节器，它理论上能够消除稳态速差，实现无静差的调速控制。

设转速偏差为：e i=n ig－n if（3）当e i=0时，表明给定线速度下保持；当e i≠0时，表明在给定线速度下电机调速。

采用PI控制规律调节，其连续表达式为：

U（t）=k

P

e（t）+

1

T

∫t

e（t）d ()t（4）

式中：k P为比例系数；T为积分时间常数。

将式（4）按采样周期离散化后，位置型控制算式的递推算法为：

ΔU（k）=U（k）－U（k－1）=q0e（k）+q1e（k－1）

（5）则U（k）=U（k－1）+ΔU（k）=U（k－1）

+q

0e（k）+q

1

e（k－1）（6）

确定采样周期运行比例控制器，形成闭环，逐渐增大比例系数，使系统对阶跃输入的响应达到临界状态，记下此时的比例系数k r（临界比例系数），振荡周期T r（临界振荡周期）。利用经典公式求取PI控制器的参数，按求得的参数运行。3．2确定给定转速

根据轧件的轧制规格，末架轧机的线速度已给定（可在操作站PC的设定画面中选末架轧机并输入其线速度），依（1）式可求得末架轧机直流电机的转速，采用逆向对因子进行修正，各轧机之间的关系表达式为：n ig=g i n i+1f（7）式中：n（i+1）f—第i+1架轧机直流电机的反馈转速；

g

i

—n

ig

与n（i+1）f之间的比例系数，它与延伸率、机架的工作辊径、传动比以及手动联调、单调的积分有关。

3．3程序流程

程序开始———置末架转速V g，各机架传动比

i

i

、延伸率S

i

、辊径D

i

、机架传动整定的最高转速

n

max

———计算q

、q

1

，按式（1）计算末架电机转速

n

g

，置U

i

（k－1）=0，e

i

（k－1）=0———反馈转速值赋值给n（i+1）f（k）———计算n ig（k），以及e i（k）=

n

ig

（k）－n

if

（k）———按式（6）计算U

i

（k）———与

6RA70通过DP网通信，以U

i

（k）控制电机

全数字直流调速装置将检测到的编码器脉冲以通信方式传到PLC，给定的采样时间到时，PLC 内部把速度反馈值赋给n（i+1）f（k），按式（7）计算得n ig（k），n ig（k）为第i架轧机电机的给定转速。再按式（6）计算U i（k），U i（k）即为电机控制转速，通过Profi BUS－DP网把计算的转速传给全数字直流调速装置，由全数字直流调速装置控制电机。4结语

本粗轧控制系统以可编程控制器（PLC）为核心控制单元，通过Profi BUS－DP网把计算的转速传给全数字直流调速装置，由全数字直流调速装置控制电机。各机架严格遵守金属秒流量相等的原则进行级联调速，从而实现微张力控制。本系统充分利用了PLC资源，使系统达到最优化，节约了成本，提高了生产率。

参考文献

［1］孙一康．带钢热连轧的模型与控制［M］．北京：冶金工业出版社，2002

［2］陈伯时．电力拖动控制系统［M］．中央广播电视大学出版社，1998

［3］西门子．6RA70系列直流全数字调速装置说明书［S］［4］施耐德．TSX Quantum系列PLC说明书［S

櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊櫊

］

（上接第20页）

合理控制，SAE1008、SAE1010出口材命中率由60%提高到了91%，不仅产品质量得到了很大提高，而且促进了生产的规范化，基本符合大生产的要求。

（2）由于SAE1008、SAE1010出口材强度范围偏窄，依靠轧制工艺的控制不能完全达到目的，应再进一步从成分范围、控制工艺两个方面进行优化。

（3）温度、吐丝温度、风冷强度等工艺参数的稳定控制，是产品质量稳定的关键。

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