寶鋼2050熱軋廠的粗軋機(jī)R3R4機(jī)架分別是不可逆式連軋機(jī)段的軋輥。由于R4為速度恒定不可調(diào)的6kV高壓同步機(jī)，R3為交－交變頻調(diào)速的同步機(jī)，原R3、R4連軋微張力控制主要由過程機(jī)計(jì)算的R3速度設(shè)定值和粗軋BA計(jì)算的速度偏差值△n，送到R3傳動控制系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)R3的轉(zhuǎn)速，達(dá)到與R4速度匹配的效果。

過程機(jī)根據(jù)帶鋼的原始信息與目標(biāo)值，計(jì)算粗軋軋制過程中各道次的輥縫、速度等設(shè)定值，并把計(jì)算結(jié)果傳送給基礎(chǔ)自動化。R3、R4連軋，需要考慮秒流量相等，R3、R4速度與輥縫計(jì)算公式在R4投入時(shí)，R3速度的計(jì)算公式是根據(jù)秒流量相等原則推導(dǎo)出來的。

R3設(shè)定速度= R4秒流量/（出側(cè)厚度×（1+前滑））

過程機(jī)只考慮每種鋼的理想初始設(shè)定張力控制，往往一個(gè)計(jì)劃中同種同規(guī)格的鋼R3的設(shè)定速度是不變的。具體軋制過程中的參數(shù)變化不在考慮之中，因此往往不是很準(zhǔn)，瞬時(shí)修正值需由粗軋BA算出。

2 粗軋基礎(chǔ)自動化微張力控制原理

2.1 控制原理

粗軋立輥和水平輥電機(jī)的慣性系數(shù)相差六倍以上，即立輥的慣性系數(shù)GD2/4遠(yuǎn)比水平輥小，所以張力影響極小不用考慮。R4由轉(zhuǎn)速恒定的同步機(jī)驅(qū)動，所以要控制微張力就是調(diào)整R3的速度。力臂在帶鋼進(jìn)入E4前后變化不大，所以粗軋的力臂就取帶鋼未進(jìn)入E4前的計(jì)算值。粗軋的小張力控制簡單稱為轉(zhuǎn)矩平衡控制。它是計(jì)算實(shí)際張力力矩并與設(shè)定張力力矩比較，以這個(gè)偏差值作為R3速度修正的比例積分放大器的輸入。

在帶鋼進(jìn)入E4/R4前計(jì)算力臂a和負(fù)荷力矩MW（設(shè)有張力的力矩）

A=MW/4WK
MW=Mel－MGSH－MLeer＋M3

A:力臂;
MW:無張力力矩;
WK:軋制壓力;
Mel: 電磁轉(zhuǎn)矩，Mel=CmфIA;
MGSH:損耗力矩，Mleer:空載磨損力矩;
M3:加速力矩。

上述的MGSH和Mleer基本為常數(shù)，故要求取力臂a和無張力力矩的難點(diǎn)在于求取準(zhǔn)確的加速轉(zhuǎn)矩M3。為了求取加速力矩專設(shè)一個(gè)負(fù)荷觀測器，由比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器組合。它的輸入是速度的計(jì)數(shù)模擬值與速度的實(shí)測值的差值，積分調(diào)節(jié)器的輸出值即是加速力矩，只要速度的實(shí)測值和模擬計(jì)算值不等，便有加速力矩。圖1是轉(zhuǎn)矩平衡控制的原理圖。

圖1 轉(zhuǎn)矩平衡控制的原理

圖1中: IE:勵磁電流，IA:電樞電流，n:轉(zhuǎn)速，WK:軋制力，W:寬度，H:厚度，δ:單位張力，a:力臂，F(xiàn)Z:乘法器，MZS:張力力矩基準(zhǔn)值，△M:張力力矩偏差，MZA:實(shí)際張力力矩，△n:速度修正值，T:延時(shí)器。

計(jì)算張力力矩基準(zhǔn)值與實(shí)際張力力矩的張力力矩偏差值△M,對該偏差值進(jìn)行比例和積分獲得速度瞬時(shí)修正值△n，以此對R3速度進(jìn)行修正,這就是轉(zhuǎn)矩平衡控制的原理。

2.2 存在問題及優(yōu)化

（1） 問題與原因分析

以上原理看起來非常合理，但是實(shí)際應(yīng)用中遇到了問題。R3、R4連軋過程中存在帶鋼寬度呈波浪形，常常有起套和拉鋼現(xiàn)象，操作因此經(jīng)常采用R3空設(shè)的辦法軋鋼，影響了R3的功能投入率和粗軋一、三道次軋制的推進(jìn)。

圖2為起套時(shí)寬度變化曲線。

圖2 起套時(shí)寬度變化曲線

存在上述問題的原因是數(shù)據(jù)采集上存在問題，造成張力控制不準(zhǔn):BA計(jì)算微張力時(shí)所用的數(shù)據(jù)必須從傳動系統(tǒng)收集好再傳輸?shù)紹A進(jìn)行計(jì)算，然后計(jì)算結(jié)果再送到傳動系統(tǒng)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，這就存在傳輸和速度調(diào)節(jié)器響應(yīng)兩方面時(shí)間差問題（滯后時(shí)間），往往調(diào)節(jié)延遲，響應(yīng)不夠及時(shí)。本來BA的修正值△n就是針對軋制過程中的瞬時(shí)變化進(jìn)行調(diào)節(jié)的，要求響應(yīng)必須及時(shí)，否則過猶不及，因此效果就不理想，造成寬度呈波浪形，有時(shí)調(diào)節(jié)過頭還會造成機(jī)架中堆鋼的嚴(yán)重事故。

（2） 解決問題與優(yōu)化

針對這種情況，我們將原BA完成的張力修正功能，下移到傳動控制系統(tǒng)中來完成。同時(shí)由于粗軋帶鋼出口厚度較厚，就算機(jī)架間張力過大稍微有一定的拉鋼也不會有大問題，但是一旦機(jī)架間張力不夠就容易在機(jī)架中堆鋼。為了避免機(jī)架中堆鋼，采取寧拉勿堆的原則，我們采用zui小張力控制:即連軋時(shí)確保R3、R4機(jī)架至少保持一定的張力。

電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式可以近似為:

Me=Ml+Mt=kId（Me:電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，Ml:負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Mt:張力轉(zhuǎn)矩）

因?yàn)殡姍C(jī)輸出轉(zhuǎn)矩正比于電機(jī)電流力矩分量，所以我們直接控制電機(jī)電流力矩分量，即可完成zui小張力控制，不但減少了數(shù)據(jù)采集量，而且調(diào)節(jié)直接作用于速度調(diào)節(jié)器的輸出電流給定值，相當(dāng)于跳過速度調(diào)節(jié)器通過電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間又上了一個(gè)等級。當(dāng)R3單獨(dú)軋制時(shí)，Mt＝0，Me=Ml，采樣此時(shí)的電流作為負(fù)載電流來計(jì)算zui小張力電流，這樣可以真實(shí)反映每塊鋼的負(fù)載變化，然后減去zui小張力電流作為連軋時(shí)的電流限幅。即R4咬鋼后Me 減小，Mt增大不為零，Ml就減少，速度降低，機(jī)架張力建立。

其基本控制思路如圖3。

圖3 控制框圖

從R3咬鋼到R4咬鋼需要3秒鐘，傳動控制系統(tǒng)根據(jù)R4咬鋼前R3咬鋼后2sR3電機(jī)的電樞電流力矩分量，即R3機(jī)架單獨(dú)軋制時(shí)的穩(wěn)軋電流，減去zui小張力電流算出連軋時(shí)電流力矩分量的限幅值，一般比穩(wěn)軋電流小5%左右。當(dāng)R4咬鋼以后，速度調(diào)節(jié)器處于限幅狀態(tài)，機(jī)架微張力建立，如果機(jī)架間秒流量不等出現(xiàn)拉鋼或堆鋼趨勢，由于電機(jī)力矩電流被限幅，電機(jī)輸出力矩不變，系統(tǒng)只能通過調(diào)節(jié)R3的轉(zhuǎn)速來達(dá)到轉(zhuǎn)距平衡。

通過這樣一優(yōu)化, 基本消除了R3、R4間堆鋼現(xiàn)象，軋制中廢鋼現(xiàn)象基本消除, 因?yàn)镽3、R4連軋時(shí)系統(tǒng)只允許比zui小張力大的情況發(fā)生保證機(jī)架間有一定的張力存在。


（3） 問題的深入研討

但是R3、R4拉鋼現(xiàn)象還不時(shí)出現(xiàn)。見圖4：

圖4 R3、R4拉鋼變化曲線

*條為粗軋出口寬度曲線，中間被明顯拉窄;第二條為R3實(shí)際速度曲線，當(dāng)R4咬鋼后速度降低了;第四條為R3軋制力曲線，R3咬鋼后到R4咬鋼前有很長一段時(shí)間軋制力很小幾乎只有正常值的一半。

通過一段時(shí)間的跟蹤發(fā)現(xiàn):目前R3、R4拉鋼大多發(fā)生在R3因換輥或空過后剛投入使用和軋制高溫鋼時(shí)。通過進(jìn)一步觀察和分析發(fā)現(xiàn):發(fā)生拉鋼的原因是R3咬入時(shí)發(fā)生了打滑鋼的頭部不能正常咬入造成的。

R3、R4連軋時(shí)，張力控制是以R3咬入后2s的電流實(shí)際值來計(jì)算張力的。由于R3咬入打滑時(shí)的軋制力矩很小即電流很小，而且持續(xù)時(shí)間較長超過2s，此時(shí)采樣的不是真正的軋制電流，從上圖第三條曲線可以看出要小一半左右，因此微張力計(jì)算值過大，所以造成拉鋼。

因此我們對R3傳動系統(tǒng)中微張力程序的電流采樣時(shí)間和方式進(jìn)行優(yōu)化:循環(huán)采樣R3咬鋼后的軋制電流，取R4咬鋼前800毫秒的電流平均值作為R3的穩(wěn)軋電流，此時(shí)鋼已到R4說明R3必已結(jié)束打滑。

進(jìn)一步優(yōu)化后，當(dāng)R3發(fā)生打滑時(shí)，R4咬鋼后，粗軋出口寬度基本保持不變（下圖的*條曲線），從而可以很好的避免了打滑后拉鋼現(xiàn)象。

圖5為打滑后未拉鋼曲線

圖5 打滑后未拉鋼曲線

3 結(jié)束語

經(jīng)過我們的優(yōu)化，R3、R4微張力控制更加適合現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際情況，基本消除R3、R4拉鋼和堆鋼現(xiàn)象，*困擾我們的R3投入率低的問題得到大幅提高，粗軋一、三道次推進(jìn)也得到促進(jìn)，粗軋帶鋼出口寬度也得到改善，為熱軋生產(chǎn)做出了很大貢獻(xiàn)。