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1、微张力控制在棒材连轧机中的应用吕平摘要介绍了微张力的概念，棒材中轧控制系统引入微张力控制，程序算法以及改造效果。关键词棒材轧制微张力控制系统中图分类号TG333.11文献标识码B湘潭钢铁公司棒材厂圆钢中轧机组目前人工调节机架电机式中Mt1——常数,希望轧件中存在的张力矩,用来补偿钢坯转速,机架间速度难以匹配,致使产品通条尺寸不一致,质量较后温度下降而增加的金属秒流量,通过操作者在差。为此决定在中轧机组的PLC程序中增加微张力控制。上位计算机设定σ值间接给出一、理论分析Mt2——机架张力矩,即被控量,系统调节机架转速使其1.微张力的引入趋于0棒材正常连续轧制遵循的基
2、本原理是机架间金属秒流量相S——机架出口截面积等,即:D——机架工作辊径An×Vn=An-1×Vn-1(1)σ——机架间张力式中An——第n机架的轧件截面面积i——传动比Vn——第n机架的轧件出口速度3.Mr测算可见An和Vn决定金属秒流量,其中An受制造工艺限制(1)根据轧件在Sn-1机架出口速度Vn-1和Sn-1→Sn机架间距(诸如孔型道次、辊缝压下量、钢温等),一旦调整就固定不变,因离L,计算出此段轧件运行时间T(L/Vn-1),其中t1为0.2T(动态此只能通过调整Vn满足公式(1)。从公式(1)推出相邻机架间速速降恢复时间),t2为0.1T—0.65T(
3、Sn-2→Sn-1微张力控制时间),t3度关系应当满足:为0.7T—0.8T(Sn-1机架Mr采样时间)。En=Vn/Vn-1=An-1/An(2)(2)Sn机架咬钢后,根据轧件在Sn机架的出口速度和Sn→式中En——前后机架(n-1、n)的轧件面积比,也称金属延伸率Sn+1机架间距离,计算出此段轧件运行时间Tn,其中t4为0.1Tn实际生产中轧件受钢温、材质、坯料形状、孔型磨损等扰动(Sn机架动态时间恢复时间),t5为0.1Tn—0.65Tn,程序在此时间因素影响,无法保证精确的截面积,造成轧机间金属秒流量出现段内采样Sn-1机架Mm值并同Mr、Mt1值比较(公
4、式4),PI调节器偏差,使轧材产生张力,而且偏差严重会在轧机间产生堆、拉钢,根据差值控制机架速度,使Sn-1→Sn机架间的轧件张力在允许范影响产品质量甚至发生轧制事故,因此在轧制过程中需要对微围内,系统在t6时间段,停止微张力调节,随后进行下一轮控制张力进行控制。(Sn→Sn+1机架间微张力控制)。2.轧制转矩计算(3)PLC程序中Mr采样原理(控制算法)是:轧件在t2运行棒材轧制过程张力变化直接影响轧机主传动电机负载转时,系统采样Sn-1机架的轧制转矩,PLC设置两个累加器矩,因此可通过检测电机负载转矩间接监测张力。由直流电机运(ACCU1、ACCU2),ACC
5、U1在每个机器周期累加1次机架的轧动方程推出电机轧制转矩为:制转矩,ACCU2每个Mm=Mr+Mt+Ma+Mf(3)周期加1,即轧制转矩式中Mm——总轧制转矩的累加次数,轧件进入Mr——自由轧制转矩,即轧件金属压下量所需的轧制转矩t3时间段时,ACCU1Mt——张力产生的转矩除以ACCU2,得到MrnMa——加速转矩平均值"Mri/n,以此Mf——摩擦转矩1图1微张力控制时序稳定轧制状态,Ma=0,若忽略Mf,则公式(3)变为:作为t5时间段机架微Mm=Mr+Mt(4)张力控制的基准值。进一步分解Mt,得到:二、微张力控制系统Mt=Mt1+Mt2(5)1.控制框图
6、SDσ上位计算机HMI设定中轧各机架张力值和PI调节器Kp、Mt1=(6)2iKI,通过以太网、直流传动装置6RA24将各阶段转矩值通过设备管理与维修2007№4!"技术改造Profibus-DP网传至PLC,PLC进行微张力控制计算,上位计算(2)PI调节器参数自整定机控制机架张力调整,见图2。PI调节器参数(KP、KI)的调整直接影响其效果。转矩偏差较大希望迅速提高比例调节量,即增大KP适当减小KI;转矩偏差较小则希望缓慢降低比例调节量,即减小KP增大KI。原程序中KP、KI经HMI设定后,在轧制过程中保持不变,因此控制效果不理想,改进程序对PI调节器参数进行
7、自整定:系统给出KP、KI的上下限,程序根据MER在此范围内实时改变KP、KI值,使PI调节器的效果更理想,见图3,公式见(12)、图2微张力控制框图(13)。2.程序控制K=K+(M-M)KPB-KPA(12)PPAEREA优化轧线原有程序,PLC引入中轧机组微张力控制是以下MEB-MEA列内容为事实前提:(1)对于变化的速度关系,下游机架比上KI=KIA-(MER-MEA)KPB-KPA(13)MEB-MEA游机架的转矩变化小,即轧件咬入n+1机架前,n-1→n机架间式中KPB——比例系数上限速度校正不会干扰n机架转矩检测;(2)轧件进入下游机架KPA——比例
8、系数下限前
