負(fù)荷平衡控制在1200mm四輥可逆式冷軋機(jī)中的應(yīng)用

李會(huì)妮+魯蓓

摘 要：文章介紹了負(fù)荷平衡控制在1200mm四輥可逆式冷軋機(jī)中的應(yīng)用，避免了上輥和下輥之間由于負(fù)荷不平衡出現(xiàn)的電機(jī)過載、以至于功率組件損壞的情況，使得上輥和下輥的運(yùn)行速度得到最佳匹配，對消除鈦及鈦合金板材在軋制過程中出現(xiàn)的上翹及下扣等不良板形問題取得良好效果。

關(guān)鍵詞：四輥可逆冷軋機(jī)；負(fù)荷平衡；直流調(diào)速系統(tǒng)；鈦及鈦合金板材；板形

中圖分類號(hào)：TM3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）28-0154-02

前言

我廠于上世紀(jì)六十年代中期引進(jìn)的日本設(shè)備1200mm四輥可逆式冷軋機(jī)，已運(yùn)行了近半個(gè)世紀(jì)，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)上輥和下輥之間負(fù)荷分配不均、造成電機(jī)負(fù)荷劇烈波動(dòng)及過載的情況，并且在鈦及鈦合金板材軋制過程中頻頻出現(xiàn)上翹和下扣之類的板形問題，制約了產(chǎn)品質(zhì)量的提高，大大降低了生產(chǎn)效率以及成品率，也影響了該機(jī)組潛力的發(fā)揮，不能滿足產(chǎn)品質(zhì)量和精度日益提高的市場需求，直接影響了該機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

分析影響鈦板上翹和下扣的原因，主要有兩點(diǎn)：上下輥的傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和上下輥的輥徑。所以，要改善和消除不良板型，大步提高生產(chǎn)效率及成品率，關(guān)鍵要從電氣傳動(dòng)系統(tǒng)入手。該軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，不僅能耗大效率低，而且電氣控制系統(tǒng)操作條件比較多，設(shè)備維護(hù)工作量比較大，系統(tǒng)可靠性也相對較低。運(yùn)行了近半個(gè)世紀(jì)，元器件的老化造成系統(tǒng)故障頻繁，調(diào)速性能變差，精度降低。因此對其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造升級(jí)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

該軋機(jī)是由兩臺(tái)1500kW直流電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)上輥和下輥。在改造方案中，采用了SIEMENS數(shù)字式直流調(diào)速裝置代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，分別用兩套獨(dú)立的直流調(diào)速裝置作為其原有的直流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)控制。為了改善和消除上翹和下扣之類的不良鈦板板形，需保證上下輥電機(jī)出力平衡，使上下輥的速度得到最佳匹配，因此在兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置間引入了負(fù)荷平衡控制。

2 負(fù)荷平衡控制

2.1 負(fù)荷平衡的分類

兩臺(tái)電機(jī)組成的傳動(dòng)系統(tǒng)中的負(fù)荷平衡控制，一般有兩種方法實(shí)現(xiàn)：一類由一套轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為兩套電機(jī)控制系統(tǒng)公用，該轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為兩套轉(zhuǎn)矩控制環(huán)轉(zhuǎn)矩的共同給定。此類負(fù)荷平衡控制系統(tǒng)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)平衡效果比較好，但是有可能會(huì)產(chǎn)生扭振，即兩臺(tái)電機(jī)負(fù)荷有可能會(huì)來回波動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)電流激磁震蕩，甚至嚴(yán)重時(shí)引起系統(tǒng)過流跳閘。此種方法適用于兩臺(tái)電機(jī)之間通過“剛性”聯(lián)系的情況，比如兩臺(tái)電機(jī)的串軸控制系統(tǒng)。第二類負(fù)荷平衡控制是兩套電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)分別有獨(dú)立的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，但在兩套電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)之間引入一個(gè)負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器。兩套電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值通過該負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器，進(jìn)行比較運(yùn)算，形成一個(gè)差值調(diào)節(jié)信號(hào)，作為其中一套電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的偏差值輸入。當(dāng)兩套系統(tǒng)出現(xiàn)的負(fù)荷偏差過大時(shí)，通過調(diào)節(jié)其中一套系統(tǒng)的速度給定使兩者負(fù)荷趨于平衡。此類負(fù)荷平衡系統(tǒng)響應(yīng)慢，調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)過程中兩者還會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷偏差，但具有一定的抑制扭振的能力，此種方法適用于兩臺(tái)電機(jī)之間通過“彈性”聯(lián)系的情況，通常各類工藝參數(shù)的擾動(dòng)情況在軋制過程中比較穩(wěn)定，變化量相對較小的場合，比如兩臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間無機(jī)械軸，通過金屬帶材聯(lián)系的系統(tǒng)。

2.2 負(fù)荷平衡控制

1200mm四輥可逆式冷軋機(jī)的電氣控制系統(tǒng)改造時(shí)采用了上述第二類負(fù)荷平衡控制。負(fù)荷平衡控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。此類負(fù)荷平衡控制系統(tǒng)的上輥和下輥分別有獨(dú)立的速度控制和電流控制，均由速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，都采用脈沖編碼器作為速度實(shí)時(shí)反饋來保證調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1200mm四輥可逆式冷軋機(jī)的負(fù)荷平衡控制系統(tǒng)以下輥為主輥，通過調(diào)節(jié)上輥的速度來達(dá)到上輥和下輥之間速度的匹配。將下輥轉(zhuǎn)矩實(shí)際值信號(hào)通過點(diǎn)對點(diǎn)通信的方式傳遞給上輥系統(tǒng)，在上輥系統(tǒng)中通過負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器對上輥和下輥的轉(zhuǎn)矩實(shí)際值進(jìn)行比較運(yùn)算，形成一個(gè)差值調(diào)節(jié)信號(hào)，作為上輥電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的偏差值輸入。當(dāng)上下輥的速度不匹配，上下輥負(fù)荷偏差過大時(shí)，負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)上輥系統(tǒng)的速度給定以使上輥與下輥的負(fù)荷趨于平衡。該系統(tǒng)中負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器采用了PI工藝調(diào)節(jié)器。其中比例環(huán)節(jié)使系統(tǒng)響應(yīng)迅速，達(dá)到快速的動(dòng)態(tài)平衡，但是隨著比例值的加大，系統(tǒng)響應(yīng)加快，系統(tǒng)的超調(diào)量會(huì)增加。而積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)，能消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，減小積分時(shí)間可減小被調(diào)量在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)偏差，但會(huì)增加調(diào)節(jié)過程的振蕩。反之，增大積分時(shí)間可減小調(diào)節(jié)過程的振蕩，但會(huì)增加被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差。這就需要在調(diào)試過程中，通過調(diào)整比例值和積分時(shí)間以使負(fù)荷平衡控制達(dá)到最佳效果。此外，也可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況來對負(fù)荷平衡控制調(diào)節(jié)量和功能投入的閾值進(jìn)行修改，使負(fù)荷平衡控制在調(diào)節(jié)能力上得到改善。

2.3 調(diào)試步驟

系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，首先需要對上下輥電機(jī)系統(tǒng)分別進(jìn)行優(yōu)化調(diào)試。通過鍵參數(shù)P051來進(jìn)行一系列的系統(tǒng)優(yōu)化。鍵入P051=25，進(jìn)行電流環(huán)優(yōu)化，以及電樞和勵(lì)磁的預(yù)控制，確定電流環(huán)比例積分等參數(shù)。鍵入P051=26，進(jìn)行速度環(huán)優(yōu)化，通過參數(shù)P236選擇速度調(diào)節(jié)回路動(dòng)態(tài)響應(yīng)的程度，對于傳動(dòng)系統(tǒng)，一般用較低的動(dòng)態(tài)響應(yīng)值，從10%來啟動(dòng)優(yōu)化。鍵入P051=27進(jìn)行電機(jī)弱磁優(yōu)化。

完成以上系統(tǒng)優(yōu)化后，即可進(jìn)行負(fù)荷平衡控制的調(diào)試。負(fù)荷平衡控制通過調(diào)節(jié)比例和積分時(shí)間常數(shù)達(dá)到最佳效果。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，負(fù)荷平衡調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)一般為0.2～0.6，而積分時(shí)間為3～5s，另外，調(diào)節(jié)器的輸出限幅為3%～5%。同時(shí)，比例和積分時(shí)間常數(shù)的設(shè)定，需要在生產(chǎn)過程中，通過觀察上輥和下輥電機(jī)電流的變化趨勢來確定。在生產(chǎn)過程中，使上下輥的電機(jī)電流基本保持一致，上下輥的速度得以完美匹配，這樣負(fù)荷平衡控制就達(dá)到了最佳效果。

3 結(jié)束語

對于1200mm四輥可逆式冷軋機(jī)電氣控制系統(tǒng)來說，其上輥和下輥分別由兩臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)，負(fù)荷平衡控制的應(yīng)用，避免了上輥和下輥之間由于負(fù)荷不平衡出現(xiàn)的電機(jī)過載、以至于功率組件損壞的情況，保證了上輥和下輥電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)出力平衡，使其運(yùn)行速度得到最佳匹配。在生產(chǎn)工藝中，負(fù)荷平衡控制的應(yīng)用，消除了鈦及鈦合金板材軋制過程中因上輥和下輥的速度不匹配導(dǎo)致的板型上翹與下扣，有效的控制了軋制板形，加快了軋制節(jié)奏，提高了板材的成品率，對冷軋生產(chǎn)能力的擴(kuò)大，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，提供了可靠的保障。

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