冷连轧机张力自动控制系统

(2)
T LR = m ax (K TLR T 3 , T m in + O FL )
(3)
T L S = m ax (K TL S T 3 , T m in + O FL )
(4)
T HS = m in (K THS m in (K HSH
T 3 , T m ax - O FH ) ; V < V THL T 3 , T m ax - O FH ) ; V > V THH
正常控制器又称为压下控制器, 它包括给定滤 波器、张力差死区、P I 控制器及输出限幅器。给定滤 波器的作用是防止较大的输出超调。
(1) 张力差死区 正常控制器的灵敏度可通过张力差死区来调 节。当轧机减速时, 机架间的张力将自然增加[1]。因 此, 正常控制器的灵敏度将随轧制速度的增加而增 加, 而张力差死区将随轧制速度的增加而减小, 张力 差死区是轧制速度的函数。 张力差死区特性如图 2 所示。 该死区特性呈回环状, 与直流互感器铁芯的磁 滞特性相似, 故又称其为磁滞死区特性。
m in (K TS T 3 , T m ax - O FH ) ; V THL ≤ V ≤ V THH
(5) 式中, m in ( ) 的功能是取括号中两项或多项的 最小值; m ax () 的功能则是取括号中两项或多项的 最大值; T m ax 为张力仪可检测到的最大张力; T m in 为 张力仪可检测到的最小张力; K TLR 和 K TL S分别为欠 张力区的上升与设定阈值系数; K THR 和 K THS分别为 低速时上升与设定阈值系数; K HRH 和 K HSH 分别为高 速时上升与设定阈值系数; O FH 和 O FL 为两个偏移 量, 用于确定张力基准值的有效范围 (T m in + O FL ≤ T 3 ≤T max - O FH ) ; V 为轧制速度 (第四机架出口带 材速度) , V THL 为低速的上限; V THH 为高速的下限。
∃V 1—第一机架的主传动速度调节量, m s
架压下的控制器为正常控制器。 在低速轧制时, 压下对张力的作用效果不够明
显, 并且会损害板形, 因此, 这时的控制策略是把第 一机架主传动作为执行机构, 而二架压下保持不动。 故称控制一架主传动速度的控制器为低速与紧急控 制器, 简称 LU 控制器。 当主传动从低速开始加速 时, 随着转速的增加, 一架主传动速度调节量的幅度 将逐渐减小, 而削弱的速度调节作用将由二架压下 调节作用的增强来补偿。 当轧制速度达到正常轧制 速度时, 速度调节器作用消失, 仅由压下来调节张 力。 这就是所谓的速度回归策略。 3 控制器的设计与速度回归策略 311 正常控制器的设计
第 37 卷 第 12 期 2002年12月
钢 铁 IRON AND ST EEL
V o l. 37, N o. 12 D ecem ber 2002
冷连轧机张力自动控制系统
刘建昌 钱晓龙 陈宏志
(东北大学)
摘 要 对本钢四机架冷连轧机张力自动控制 (A TC ) 系统进行了深入的研究。 给出 A TC 系统结构, 介绍了 正常控制器、LU 控制器及速度回归策略, 测试结果表明: 该 A TC 系统控制效果良好, 并保证了厚度和板形的 有效调节。 关键词 张力自动控制 冷连轧机 正常控制器 LU 控制器 速度回归策略α
α 联系人: 刘建昌, 教授, 沈阳 (110004) 东北大学罗克韦尔自动化实验室
第 12 期 刘建昌等: 冷连轧机张力自动控制系统
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图 1 一、二机架间的 A TC 系统 F ig11 A TC system betw een stand N o. 1 and N o. 2 T 3 —张力基准值, t; T —张力实际值; t; ∃S 2—第二机架的辊缝调节量, mm ;
AUTOM AT IC TENS IO N CO NTROL O N COLD TAND EM M ILL L IU J ianchang Q IAN X iao long CH EN Hongzh i
(N o rthea stern U n iversity)
ABSTRACT T he au tom a t ic ten sion con t ro l (A TC ) on 4 stand co ld tandem m ill in B enx i Iron and Steel Com p any is stud ied. T he st ructu re of the A TC, the no rm a l con t ro ller, the low sp eed and u rgen t (LU ) con t ro ller, and the st ra tegy of sp eed retu rn ing to zero a re in t ro2 duced. T he test ing resu lt s show tha t the con t ro l effect of the A TC sy stem is good. KEY WO RD S au tom a t ic ten sion con t ro l (A TC ) , co ld tandem m ill, no rm a l con t ro ller, LU con t ro ller, st ra tegy of sp eed retu rn ing ing to zero
图 2 张力差死区特性
F ig12 D ead a rea cha racteristics of ten sion d ifference a—低上升阈值; b—高上升阈值; c—高下降阈值; d —低下降阈值;
∃T in—张力差死区输入; ∃T ex—张力差死区输出
张力差死区阈值的算法如下:
∃h2 =
∃S 2 +
∃F 2
M2
(9)
式中 M 2 ——第二机架的轧机刚度系数, t mm ;
∃h2 ——第二机架出口的带材厚度, mm ;
∃S 2 ——第二机架辊缝调节量, mm。
假设调节第二机架压下不会引起其出口厚差
(因为调节第二机架压下引起的第一、二机架间张力
的变化将抵消二架压下动作对出口厚度的作用, 故
图 3 可扩展张力差死区 F ig13 Ex tend ib le dead a rea of ten sion d ifference T VHS—超张力区张力高设定阈值; T VLR —欠张力区张力低上升阈值; T VL S—欠张力区张力低设定阈值; T VHR —超张力区张力高上升阈值
图中, V VS为选择压下方式的速度阈值。 只有当 V > V VS时, 才可以选择压下方式。 所谓选择压下方 式就是选择二架压下作为调节一、二机架间张力的 执行机构, 即正常控制器投入工作。
a = T 3 - T HS
b = T 3 - T LR
c = T 3 - TLS
(1)
d = T 3 - T HR
式中 T HS ——超张力区张力高设定阈值, t;
T LR ——欠张力区张力低上升阈值, t;
T L S ——欠张力区张力低设定阈值, t;
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钢 铁 第 37 卷
由图 3 可见, 如果选择了压下方式, 则当 V > V V S时, 张力死区阈值可以扩展, 这样, LU 控制器的 敏感性将自然降低, 这实际上是削弱速度调节器的 调节能力, 而主要靠二架压下来调节张力。
在欠张力区, 可扩展张力差死区阈值的算法如 下 (图 2) :
b = T 3 - T VLR = T 3 - m ax (K V TLR T 3 -
T HR ——超张力区张力高上升阈值, t。 各张力阈值的算法如下:
T HR = m in (K THR T 3 , T m ax - O FH ) ; V < V THL m in (K HRH T 3 , T m ax - O FH ) ; V > V THH m in (K TR T 3 , T m ax - O FH ) ; V THL ≤ V ≤ V THH
K V TL S ——低设定阈值计算系数;
O VL ——死区扩展偏移变量, t。
在超张力区, 可扩展张力差死区阈值的算法如
下:
d = T 3 - T VHR =
可做此假设) , 即 ∃h2= 0, 则由式 (8) 和式 (9) 可推导 出:
9F 2
∃S 2 =
9T
M2
∃T
(10)
9F 2
因 此,
P
I
控制器增益为 9T
M2
,
其一般形式为
9F 2
ΑM9T2 (Α为可调系数)。
312 LU 控制器 LU 控制器与正常控制器的结构与设计方法基
本相同, 二者的最大区别在于: LU 控制器的张力差 死区是可扩展的, 如图 3 所示。
K TS
=
V
THH
1 -
V
[ K HSH (V
THL
-
V THH ) -
K THS (V - V THL ) ]
(7)
(2) P I 控制器增益
由一、二机架间带钢张力 T 的变化 ∃T 引起的
二架轧制力 F 2 的变化为:
∃F2 =
9F 9T
2
∃
T
(8)
第二机架偏差形式的轧机弹跳方程为[ 2 ]:
1 前言 张力是冷连轧机轧制过程中最活跃的因素, 能
否实现高精度的张力自动控制 (A u tom a tic T en sion Con tro l, 简称为 A TC ) , 不仅关系到能否按工艺要 求成功地完成轧制过程, 更直接关系到轧后带材的 各种性能。
维持机架间张力恒定是冷连轧的一个基本工艺 要求, 是轧制过程中必须解决的核心问题之一, 其意 义在于: ① 保证各机架出、入口的带材秒流量相等, 这是连轧过程正常进行的必要条件; ② 防止轧件跑 偏, 并减小轧机负荷; ③ 有利于厚度自动控制和板 形自动控制, 如果张力波动较大甚至失控, 厚度自动 控制和板形自动控制将无法获得良好的控制性能, 甚至使各个控制系统同时产生振荡, 其后果将不堪 设想。
K TR 和 K TS分别为中速 (V THL ≤V ≤V THH ) 时的上 升与设定阈值系数, 二者都是轧制速度的函数。为实
现死区阈值的平稳切换, K TR 和 K TS的算法为:
K TR
=
V
THH
1 -
V
[ K HRH (V
THL
-
V THH ) - K THR (V - V THL ) ]
(6)
第 12 期 刘建昌等: 冷连轧机张力自动控制系统
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O VL , T m in + O FL )
(11)
c = T 3 - T VL S = T 3 - m ax (K V TL S
T 3 - O VL , T m in + O FL )
(12)
式中 K V TLR ——低上升阈值计算系数;
一、二机架间的张力控制系统结构如图 1 所示。 A TC 系 统 由 正 常 控 制 器、LU 控 制 器 (L ow Sp eed and U rgen t Con t ro ller—— 低速与紧急控制 器) 和速度回归策略等组成。 A TC 系统的控制原理如下。 在高速轧制时, A TC 系统的执行机构为液压压 下装置, 因为这时带钢张力对压下作用的反应比调 速更快, 但在紧急情况下 (张力偏差过大) , 如果只靠 二架压下来调节张力, 不仅调节时间过长, 而且可能 造成事故 (严重超张力可能造成断带, 严重欠张力可 能造成压下超负荷或叠钢)。 因此, 这时要二架压下 与一架主传动同时动作, 以确保迅速脱离紧急状态, 保证安全生产。由于只是在正常情况下, 高速轧制时 单独通过调节二架压下来调节张力, 所以, 称控制二
本文以本钢冷轧厂四机架冷连轧机为研究对 象, 对其 A TC 系统进行了深入的研究和分析。 该 A TC 系统包括各机架之间及第一机架与入口导向 辊之间等相对独立的 4 套张力控制系统。 各 A TC
系统的控制思想基本相同, 本文以第一、二机架之间 的 A TC 系统为例, 详细介绍其系统结构、控制原 理, 两类不同的张力控制器及速度回归策略。实验结 果表明, 该 A TC 系统控制效果良好。 2 张力控制系统结构与控制原理