電氣傳動(dòng)參數調整在軋機張力中應用

1 張力控制的基本原理

為了保證熱連軋的正常連續軋制，必須遵循的基本原則是：機架間金屬秒流量相等。即

An×Vn=An-1×Vn-1 (1)

式中 An——第n架的軋件截面面積

Vn——第n架的軋件出口速度

可以看出，決定金屬秒流量大小的因素，一是軋件截面面積，另一個(gè)就是軋制速度。而第一個(gè)因素決定于工藝參數，如孔型道次、輥縫壓下量、鋼溫等，一旦調整好就固定不變，所以只能通過(guò)選擇和調整不同的軋制速度來(lái)滿(mǎn)足這一基本條件。從式(1)可以推出對于相鄰機架間的速度關(guān)系應當滿(mǎn)足公式

Rn=Vn/Vn-1=An-1/An (2)

式中心——金屬延伸率(或減徑因子)，其物理意義可模擬成進(jìn)入機架n-1與機架n的軋件截面之比。

然而，在實(shí)際應用中，由于軋件受鋼溫、材質(zhì)、坯料形狀、孔型磨損等擾動(dòng)因素的影響，無(wú)法保證精確的截面值。這樣，為了達到式(2)新的平衡關(guān)系，在粗、中軋機組中引入了張力控制的功能(在精軋機組中用活套功能來(lái)實(shí)現)，得到式

Vn=Vn-1×Rn(1+Km+Kt) (3)

式中 Vn、Vn-1-機架n與n-1的出口線(xiàn)速度

Rn——軋件通過(guò)n機架的延伸系數

Km——手動(dòng)干預時(shí)對n一1機架的速度調整系數

Kt——張力作用反映到n--1機架的速度調整系數

同時(shí)，根據張力自動(dòng)調節理論，張力變化與速度變化還具有以下傳遞函數關(guān)系

δF/A=士Kt/(1+Tts)×δV (4)

式中 δF/A——軋件上單位面積的張力增量

Kt/(1+Tts)——放大倍數為Kt，時(shí)間常數為T(mén)t的一階慣性環(huán)節

δV——軋機速度增量

這樣，調整張力，就可以協(xié)調機架間的速度，從而達到保證機架問(wèn)金屬秒流量相等的目的。

在自動(dòng)控制算法中，機架n與n-1間的張力是通過(guò)測量機架n-1電機的電磁轉矩變化量來(lái)實(shí)現的。因為在軋制過(guò)程中.軋制轉矩可用下式來(lái)

Tm=TT+Tt+Ta+Tf (5)

式中 Tm——總的軋制力矩

TT——軋件金屬壓下量所需的軋制力矩

Tt——張力所產(chǎn)生的力矩

Ta——加速力矩

Tf——機械摩擦等所產(chǎn)生的附加力矩

在穩定軋制狀態(tài)下，Ta=0，若進(jìn)一步忽略Tf，則

Tm=TT+Tt (6)

其中Tt與工藝參數有關(guān).如孔型道次、軋制壓下量、鋼溫、材質(zhì)等，一旦確定，應為常數，則

δTm=δTt=(D/2)×δF=i×η×δTm1即

δF=(2/D)×i×η×δTm1 (7)

式中δF——機架間張力變化量

D——機架有效輥徑1

i——減速箱速比

η——機械傳動(dòng)系統效率

δTm1——主電機上軸輸出轉矩

由式(7)可見(jiàn)，在一定的條件下，從電機的輸出轉矩變化量上就可以推算出該機架所受的張力變化。(注意：對于式(7)中機架n與n-1間的張力變化，所有參數總是以機架n-1為研究對象)。

同時(shí)，在自動(dòng)控制算法中，粗中軋軋件頭部微張力控制是以下列概念為基礎的。

(1)后張力變化對傳動(dòng)轉矩的影響比前張力小2～4倍。即后張力對轉矩作用較小，這就意味著(zhù)：對于變化的速度關(guān)系，下游軋機比上游軋機的轉矩變化來(lái)得小。這一結論也就說(shuō)明在大多數情況下，即使控制系統已記憶了下游軋機壓下量所需的轉矩，該控制系統仍能繼續進(jìn)行速度關(guān)系的校正，也就是說(shuō)當軋件被咬人n+1機架前，n機架與n-1機架問(wèn)的速度校整不會(huì )影響到該機架電流檢測的準確性。

(2)軋件進(jìn)入下游軋機前，上游軋機轉矩相當于該機架輥縫壓下量所需的轉矩，未受其它臨時(shí)性力矩的干擾影響，即式(5)中假定Ta和Tf為零。

(3)軋件一旦進(jìn)入下游輥縫，上游軋機轉矩的一切變化，均是因不恰當的速度關(guān)系產(chǎn)生的推力或拉力所引起的。這一假定是基于溫度、摩擦力和壓下量情況不影響軋制轉矩的變化為前提。其實(shí)，材料的頭部微張力控制只是在進(jìn)入下游機架避開(kāi)

出口導衛摩擦的影響后，僅在短時(shí)間內起作用(典型值為4 s)。關(guān)鍵的是無(wú)臨時(shí)性轉矩干擾，或者干擾可以被包括在表示壓下量的轉矩之內。否則，當這些臨時(shí)性干擾消逝時(shí)，控制系統就認為是機架間產(chǎn)生了拉力或張力。

2 微張力控制系統控制邏輯分析及調試時(shí)有關(guān)用戶(hù)參數的設定

自動(dòng)控制系統中，以西門(mén)子6RA70為例，其微張力控制邏輯圖.

根據圖1，有關(guān)控制邏輯分析和參數設定解釋如下。

2.1 LDTRQ(kN·m)

此值為上游機架n-1電機的電磁轉矩，由MP200 PLC可編程控制計算機的

(PC王WCC工控機—DP)通信執行元素通過(guò)(控制總線(xiàn))Master Bus IM153通信線(xiàn)向DC6ra70直流電機數字控制系統直接讀取。

2.2 TORQFILT(kN·m)

此值為3.1項的力矩LDTRQ經(jīng)過(guò)濾波后的力矩值，濾波時(shí)間常數為T(mén)RQFILT(s)，由用戶(hù)設定，一般為0.5s。因為PLC計算機中，程序執行周期為200 ms，故400 ms以下的濾波時(shí)間將不會(huì )使濾波器起作用。此濾波器對于消除由短暫加速力矩或臨時(shí)性干擾力矩所產(chǎn)生的高頻噪聲是有幫助的。

2.3 TCC(N/ram2)

TCC= TORQFILTXTCONST

式中，張力常數TCONST=i X 2×1000000/(D×A)

其中i一軋機減速箱速比

D——軋機有效輥徑，mm

A——軋件平均橫截面積，mm2

對照式(7)，此值應為軋件單位面積上的張力值，然而t當軋件頭部咬入n機架前，這個(gè)機架n-1與機架n之間的張力如何理解呢?其實(shí).此時(shí)刻前這個(gè)經(jīng)由電機電磁轉矩轉化后的(技術(shù))TCC值，并不代表機架間軋件的實(shí)際張力，只不過(guò)是軋件經(jīng)過(guò)n-1機架時(shí)，為了保證此軋件得到所規定的壓下量所需要的轉矩值，即式(5)中的Tt。

2.4 TMEM(N/mm2)

此值為記憶轉矩的存儲值，是出現在軋件頭部進(jìn)人下游n機架輥縫前的固定且較短時(shí)間的報警距離的力矩值。報警距離WL3由用戶(hù)設定，原則是避開(kāi)由進(jìn)口導衛等所產(chǎn)生的臨時(shí)性干擾的情況下，離下游機架n軋機盡量靠近.這樣所記憶的TMEM值更能反映出坯料余下部分所需的力矩值。