1、棒材生产线的微张力控制系统il棒材生产线的微张力控制系统计控部王桂芳在棒材生产过程中,轧材温度,进出口导卫,轧辊压下量,轧辊磨损等的变化,都将影响机架问的堆拉关系,为实现棒材轧机的顺利轧制和提高产品质量,大都采用微张力和自动活套控制.对于微张力控制来说,轧件断面越大,机架间距越大,轧制速度越低,控制精度就越高.一般在中轧机后几架及精轧机组采用活套无张力控制,而在粗轧机组和中轧前几架采用微张力控制.1 微张力控制思路张力控制是一个复杂的过程.实现微张力控制有多种方法,有前滑值控制法和电流控制法.我们利用现有 PLC 控制系统和检测到的电流,速度信号,采用“电流一速度“问接张力控制方法控制粗轧 1
2、#6#机和中轧 7#10#张力.这种方法的控制思路是电机转矩的变化主要是由于张力的变化引起,实时调整轧机的速度控制电机转矩变化,从而达到控制张力的目的.其控制方法是:当钢坯咬人下一机架后,根据本机架同下机架之问的堆拉关系,调整本机架的速度设定值,使本机架和下一机架之问的张力维持在工艺规定的小张力范围内.各机架的速度方程为:V;(s):1+Si(j)+Si(q)i+I式中:V;(S)一本机架预设定速度;V(s)一下游机架预设定速度;E一下游机架的延伸率;Si(J)一第 i 机架速度设定的人工干预系数;Si(q)一第 i 机架速度设定的张力调整系数;张力系数:F=Tf/T式中:Tf:一自由轧制时的
3、电机输出转矩;T:一实际轧制过程中的电机输出转矩.式中 F 的大小反映了实际张力情况,当F1 时表示下一机架对本机架拉钢;当 F1 时表示下一机架对本机架堆钢,因此可知第 K 次采样时转矩偏差为:AT(K)=T(K)一 Tf/F这里 Fs 一张力系数设定值;kSi(q)=KpAT(K)+Ki,E.ATi+KdATKATK 一 1ATi=D/2jCMIi 一(10/F)N/Ne其中:l(p,l(i,K 一分别为比例积分系数;Ti 一第 i 机架的张力偏差;C 一电机常数Ii 一电同电枢电流采样值;I.一自由轧制时电枢电流值;F 一张力系数设定值 ,由轧制程序表给出 ;N 一电机的转速,若低于弱磁
4、点转速,则N/Ne=1Ne 一电机弱磁点转速 .要准确地进行微张力控制,关键在于参数的选择和自由轧制电枢电流 I.的确定.由于整个轧线需要满足速度级联控制,所以当一个机架的微张力控制补偿到该机架的速度设定后,还要根据速度级联的要求调整相应上游机架的速度设定.2 张力软件设计2.1 控制过程的允许条件?17?a.只有在 HMI 的人机接口画面选择“张力投入“ 的情况下才能进行张力控制.b 机架咬钢判断.当电机电流值大于电机空载电流一定值并保持一定时间,便认为轧机咬钢.为避免外界因素对有钢信号的影响,在粗轧人口,中轧入口,11#轧机前分别安装了热金属检测器,根据速度,热检信号,轧件位置信号联锁关系
5、及电流等对轧件进行跟踪.C.当本机架 (n)及下一机架(n+1)有钢,而第三机架(n+2)无钢, 才能进行微张力调节.d.控制时间的限定:微张力调节时间必须小于轧件从下一机架(n+1)到第三机架(n+2)的时间 12.-2.2 自由轧制电流 I.的采样自由轧制电流 I 采样准确与否,直接影响张力调节精度.当某一机架轧件咬人而且轧制稳定(咬钢延时(T1)后,上一机架开始进行微张力调节(调节时间为(I2),调节完毕后,此时轧件应还未咬人下游机架,这时对本机架电枢电流连续采样多次(采样时间),取平均值作为本机架的自由轧制电流.对于调节,采样时间,必须满足(T1+他+)L1/V1(Ll 为本机架与下机
6、架间距离 ,V1 为轧件的出口线速度);如果采样前检测到轧件已咬人下游机架,则不再对本机架及下游任何机架进行电流采样,退出本根钢的微张力调节控制.2.3 张力系数的确定根据棒材轧制钢种主要为普碳钢,低合金钢,设定轧机间单位允许张力为 7MPa 左右.由工艺人员根据机架的轧制力,变形抗力,轧件出口面积和设定张力等计算张力系数,在轧制表中设定.2.4 张力控制和调节根据轧制过程中,电机的转矩为 M=M?18?+M+M.只有在轧制力变化不大(M 不变)和稳定轧制(M=0)时,才能认为电机转矩的变化等于张力的变化.轧制中电机的加速力矩主要是由于活套的起落,速度的人工干预等产生的.在张力调节过程中,通过
7、对前一根钢的尾部进行跟踪,封锁活套的联调量,消除了调节过程中大的加速力矩的产生.也可通过级联断裂的方法,当轧材尾部出机架,相应机架的速度返回基础设定值来实现.根据公式 M=CI,对于直流传动调速系统,基速以下恒磁调速,电机转矩只与电流有关;基速以上弱磁调速,电机转矩与电流和速度有关.因此转矩计算,基速以下以电流作为转矩,令 M=I;基速以上考虑电机速度,令 M=IXN./N.当满足本机架微张力控制允许条件,以本机架的自由轧制时的转矩作为调节的设定值,以电机实时转矩除以张力系数作为过程变量,进行 PID 调节.PID 采用 GEPLC 软件包中内置 PID 调节器,调试时只需进行死区,KP,KI
8、,KD 及调节输出限幅值进行设定.由于传动系统不断的动态调节,实际电机转矩存在一定的波动,取死区值在 20A 左右.PID 输出限幅值为-I-3%.KP,KI 参数,每个机架都要单独调试,合适设定.微张力控制的速度调整设定在整个轧制过程中都保持,记忆每次的 PID 调节器输出,张力调整系数是每次 PID 调节器输出的累积.一般连续调节几支钢坯,各机架张力可达到设定的小张力范围内.每机架张力调整系数限幅在-I-10%.3 结语本程序试投入运行后,产品质量,成材率都有明显的改善,轧机间负荷分配也比较合理,取得了较好的效果.针对中轧轧件断面小,轧制速度高,调节时间短,为达到更好的效果,今后还将作进一步的完善.
