連退線爬行活套控制功能優(yōu)化

呂 劍， 盧 杰， 王松濤

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司冷軋部， 河北 唐山 063210）

連退線生產(chǎn)薄帶鋼時，清洗段頻繁停車會導(dǎo)致起筋、出楞等各類生產(chǎn)問題，在入口與清洗段之間設(shè)置一個爬行活套，可以保證入口停機(jī)焊接時，清洗段仍保持一個較低速度運(yùn)行。爬行活套帶鋼存儲量較少，卷揚(yáng)最大速度僅為45 m/min。在日常生產(chǎn)中，由各類控制缺陷引起的速度不匹配現(xiàn)象很容易導(dǎo)致爬行活套卷揚(yáng)速度超限，從而引起各類生產(chǎn)問題。爬行活套結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 爬行活套結(jié)構(gòu)圖

1 控制原理介紹

對于爬行活套速度匹配問題的分析，首先要掌握與其相關(guān)的各個控制原理，例如活套卷揚(yáng)速度控制原理、活套張力控制原理、剩余長度定位控制原理、剩余長度計(jì)算原理、開卷機(jī)直徑計(jì)算原理[1]。

1.1 活套卷揚(yáng)速度控制原理

對于活套卷揚(yáng)速度控制，其主要作用為平衡活套入口側(cè)與活套出口側(cè)的速度差，并附加各類速度補(bǔ)償（主要以張力控制補(bǔ)償速度為主，其他不詳細(xì)介紹）。規(guī)定活套卷揚(yáng)提升方向?yàn)檎较?，其?jì)算公式如下：

式中：VLLOOP為活套速度給定值；VLBR1為1號張緊輥速度給定；VLBR2為2號張緊輥速度給定；VL_TECHLOOP為活套張力控制附加速度。

1.2 活套張力控制原理

張力控制分為直接張力控制與間接張力控制。直接張力控制張力實(shí)際值由張力計(jì)測量，其控制原理為張力設(shè)定值與實(shí)際值之差經(jīng)過PI控制器，得出附加速度來調(diào)節(jié)張力；間接張力控制實(shí)際值由電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算得出，其控制原理為通過精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩來間接控制張力?；钐讖埩刂茖儆谥苯訌埩刂?，其張力附加速度直接附加在活套卷揚(yáng)主速度給定值[2]。

圖2 變頻器速度控制原理

圖2中，T_SETLOOP為活套張力設(shè)定值；T_ACTLOOP為活套張力實(shí)際值；VL_TECHLOOP為活套張力控制附加速度。

1.3 入口自動甩尾定位原理

自動甩尾定位屬于剩余帶鋼長度定位，其作用為入口甩尾停車時將帶鋼剩余長度定位至一個固定長度[3]。該定位有以下幾個關(guān)鍵點(diǎn)：

1.3.1 定位距離

定位距離即為該定位激活到結(jié)束要走的距離，該值在程序中設(shè)定為290 m。

1.3.2 定位設(shè)定值

剩余長度定位有兩個設(shè)定值，SETP1為定位設(shè)定值1，由操作工HMI設(shè)定，其定義為定位結(jié)束后帶鋼剩余長度；SETP2為定位設(shè)定值2，定義為定位實(shí)際值切換點(diǎn)，該值在程序中設(shè)定為50 m。

1.3.3 定位實(shí)際值

剩余長度定位實(shí)際值有兩種算法，由于定位距離設(shè)定為290 m，SETP2設(shè)定為50 m，則定位激活時，在前240 m（290-50=240），定位實(shí)際值由剩余長度計(jì)算得出，計(jì)算公式如下：

式中：STRL為當(dāng)前帶鋼剩余長度；SETP1為定位結(jié)束后帶鋼剩余長度；S_ACT為定位實(shí)際值。

在后50 m，定位實(shí)際值由1號張緊輥2號輥編碼器計(jì)算得出。定位實(shí)際值如此設(shè)定的原因?yàn)椋涸诮邓匐A段的速度控制不如在勻速運(yùn)行時控制穩(wěn)定，可能會導(dǎo)致S_ACT不準(zhǔn)，因此在降速期間定位實(shí)際值要用編碼器計(jì)算值而不能同剩余長度計(jì)算值，避免定位不準(zhǔn)[4]。

1.3.4 定位激活點(diǎn)

定位激活點(diǎn)即為定位激活的時間。具體定義為當(dāng)帶鋼剩余長度小于等于SETP1與定位距離之和時激活定位，其計(jì)算公式如下：

式中：STRL為當(dāng)前帶鋼剩余長度；SETP1為定位結(jié)束后帶鋼剩余長度；290為定位距離。

1.3.5 定位降速點(diǎn)

定位降速點(diǎn)計(jì)算方式為根據(jù)加速度設(shè)定值和當(dāng)前的速度設(shè)定值計(jì)算出剩余多少米的時候激活降速。相關(guān)計(jì)算公式如下：

式中：S_DEC為減速距離；V為減速前的運(yùn)行速度；a為加速度設(shè)定值。

1.3.6 剩余長度定位原理綜述

剩余長度定位原理為：當(dāng)STRL小于SETP1+290時激活定位，當(dāng)STRL小于SETP1+50時將S_ACT由剩余長度計(jì)算切換至編碼器計(jì)算，當(dāng)STRL小于SETP1+S_DEC時激活降速。S_ACT的作用為修正當(dāng)前的速度斜率，若反饋的定位實(shí)際值在當(dāng)前的速度斜率下無法完成該定位，則程序會改變當(dāng)前的速度斜率，保證定位的準(zhǔn)確性。

1.4 剩余長度計(jì)算原理

剩余長度為當(dāng)前帶鋼在開卷機(jī)處剩余的長度，其通過側(cè)面積相等的原理進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算原理如下：

式中：STRL為帶鋼剩余長度；D為帶鋼當(dāng)前外徑；D內(nèi)為帶鋼內(nèi)徑；h為帶鋼厚度。

1.5 直徑計(jì)算原理

鋼卷外徑計(jì)算有三種方式。

1）激活外徑給定時，由外部寫入，一般用在有新卷上卷時寫入新卷外徑；

2）在建張運(yùn)行時，根據(jù)線速度相等的原理，由開卷機(jī)、1號張緊輥編碼器計(jì)算得出；

3）在穿帶甩尾沒有建張時，由帶鋼厚度、帶鋼走的距離計(jì)算得出。

在甩尾定位期間，帶鋼屬于建張運(yùn)行，直徑計(jì)算采取第二種計(jì)算方式，其計(jì)算原理如下：

式中：N1為1號張力輥2號輥編碼器計(jì)算角速度；D1為1號張力輥2號輥直徑值（已知量）；N開為開卷機(jī)編碼器計(jì)算角速度。

2 爬行活套控制優(yōu)化實(shí)例解析

2.1 故障描述

連退線入口甩尾時，爬行活套掉張入口停車，爐區(qū)降速。

2.2 故障原因分析

爬行活套負(fù)向最大速度為-45 m/min，在甩尾降速時，VLBR1與 VLBR2斜率偏差很大，根據(jù)公式（1），爬行活套給定速度達(dá)到-90 m/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出負(fù)向最大速度，因此活套張力上升，張力控制產(chǎn)生的附加速度VL_TECHLOOP負(fù)向增加至最大值（-12m/min）。

當(dāng)線速度快要降至0時，VLBR1與VLBR2斜率偏差從-90 m/min降至0的速度很快，張力控制輸出的附加速度有滯后性，即VL_TECHLOOP從-12 m/min到0的速度較慢，因此活套掉張[5]。

2.3 VLBR1與VLBR2斜率偏差大原因

根據(jù)曲線記錄分析，此次故障為VLBR1降速斜率增大導(dǎo)致。

VLBR1的降速斜率是由自動甩尾定位進(jìn)行控制，自動甩尾定位屬于剩余長度定位。根據(jù)公式（4）可計(jì)算得出S_DEC為70，即在70 m處激活降速，但SETP2設(shè)定為50，因此在降速前期S_ACT由STRL計(jì)算，降速后期由編碼器值計(jì)算。

通過曲線分析，在降速前期由于STRL計(jì)算不準(zhǔn)導(dǎo)致S_ACT偏大，因此程序?yàn)榱吮ＷC定位的準(zhǔn)確性，將VLBR1降速斜率增大。

2.4 降速前期STRL計(jì)算不準(zhǔn)原因

由公式（5）可知，STRL由鋼卷外徑D、鋼卷內(nèi)徑D內(nèi)、帶鋼厚度h計(jì)算得出，其中D內(nèi)、h均為已知量，因此STRL計(jì)算不準(zhǔn)由鋼卷外徑D計(jì)算不準(zhǔn)導(dǎo)致。

2.5 鋼卷外徑計(jì)算不準(zhǔn)原因

由公式（6）可知，鋼卷外徑D由開卷機(jī)角速度N、1號張緊輥直徑D1、1號張緊輥角速度N1計(jì)算得出，該計(jì)算公式以開卷機(jī)與1號張緊輥線速度相等的原理進(jìn)行計(jì)算，一旦線速度不相等，計(jì)算必出問題。查看曲線可知在降速前期，1號張緊輥出現(xiàn)明顯的打滑現(xiàn)象，一旦打滑線速度必定不相等，因此打滑即為故障的根本原因。

2.6 故障措施

1）定期測量1號張緊輥粗糙度，粗糙度下降嚴(yán)重及時更換。

2）生產(chǎn)期間出現(xiàn)打滑可采取調(diào)整張力給定，減小1號張緊輥兩側(cè)張力差的臨時措施。

3）將SETP2由50 m改至100 m，保證降速過程中S_ACT使用編碼器計(jì)算，而不使用STRL計(jì)算。修改之后即使出現(xiàn)輕微的打滑也不會掉張（生產(chǎn)中打滑的原因比較復(fù)雜也較難預(yù)防的，輕微的打滑便導(dǎo)致掉張應(yīng)該避免）。

3 結(jié)論

活套速度控制的穩(wěn)定性是后處理產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行的一個很重要的因素，本文闡述的活套速度控制、活套張力控制、定位控制、剩余長度計(jì)算、卷徑計(jì)算等原理對處理后處理線各類生產(chǎn)設(shè)備故障有重要的指導(dǎo)意義。