带钢热连轧机卷取机控制技术 《一重技术》 带钢热连轧机卷取机控制技术 侯 宏 ，左秀丽 ，李文峰 (1．凌源钢铁集团公司中宽带厂电气工程师 ，辽宁 凌源 122504；2．一重集团大连设计研究院高级工 程师，辽宁 大连 116600；3．凌源钢铁集团公司技改部电气二I二程师，辽宁 凌源 122504) 摘要：介绍中宽带及窄带热钢连轧机卷取区电气传动及自动化控制技术。阐述通钢热连轧机卷取机电 控 系统模块设计 ．阐述设 备_T艺、传动及 自动化系统配置及主要控制功能 ，如层流冷却 CTC控制 、卷取带 钢 速度控制 、夹送...

  《一重技术》 带钢热连轧机卷取机控制技术 侯 宏 ，左秀丽 ，李文峰 (1．凌源钢铁集团公司中宽带厂电气工程师 ，辽宁 凌源 122504；2．一重集团大连

  研究院高级工 程师，辽宁 大连 116600；3．凌源钢铁集团公司技改部电气二I二程师，辽宁 凌源 122504) 摘要：介绍中宽带及窄带热钢连轧机卷取区电气传动及自动化控制技术。阐述通钢热连轧机卷取机电 控 系统模块设计 ．阐述设 备_T艺、传动及 自动化系统配置及主要控制功能 ，如层流冷却 CTC控制 、卷取带 钢 速度控制 、夹送辊控制 ，着重介绍卷取机的张力控制功能。 关键词：热连轧机；卷取机；层流冷却；速度控制；张力控制 中图分 类号 ：TG333．7 1：TG333．2+4 文献标识码 ：B 文章编号 ：1673—3355 (2006)03—0021--04 Control Technology to Coiler in Hot Strip Continuous Rolling M ill Line Hou Hong，Zuo Xiuli，Li Wenfeng Abstract：Th e article introduces the electrical and automation control used in the coiler of strip hot continuous rolling mills and the electrical control design and configuration of the drive，automation and process control of the coiler，such as CTC control of laminar cooling device，strip speed control and pinch roll contro1．The article focuses on the tension controlin coilers． Key words：hot continuous rolling mill；coiler；laminar cooling；speed control；tension control 近几年我国中小型钢铁企业建设了多条中宽 带及窄带钢热连轧机生产线，取得了较大的经济 效益，设计 、制造均已实现全部国产化。其中通 化钢铁集 团有 限责任公 司 550 mm热连轧优质带 钢生产线是一重大连设计研究院首次承担的带钢 热连轧机电气传动及 自动化控制管理系统设计，当年 设计当年投产，堪称国内成套轧机建设的奇迹。 该设计中采用了许多新产品、新技术，机组的自 动化水平很高 。 1 工艺设备简介 卷取区设备有：输出辊道 、层流冷却装置、 机前导 尺 、l 和 夹送辊 、l 和 2 卷取机 、l 和 2 卸卷小车、机上辊道 、机上导尺、l 和 2 运卷小车、快速链、搬运机、慢速链 、托卷机， 收集台架等。 主要设备是两台气动四助卷辊式地下卷取 收稿 日期 ：2006—05—18：修 回日期 ：2006—05—28 机 ，采用恒张力卷取成品带钢。 2 电气传动系统配置 2．1 直流调速 卷取区直流传动设 备采用 国产 Z系列和 zzJ8oo系列直流电动机拖动，选用德国西门子公 司的6RA70系列全数字式直流调速装置供电。直 流调速装置进线侧采用公共整流变压器及进线电 抗器 。 卷取机的调速装置内配有 T400工艺板及卷 取控制软件，它是 SIMADYND系统新一代工艺类 型产品，32位 CPU板具有极高的运算能力和强 大功能。实现卷取机的张力控制、卷径计算、动 态及空载补偿、摩擦力矩补偿、弯曲力矩补偿等 功能。 2．2 交流调速 辅助的交流调速设备如输出辊道 、机上辊 一 2l一 维普资讯 年第3期(总 111期) 道、导向辊传动、助卷辊辊缝调整、夹送辊辊缝 调整采用 国产 YSG或 YTSP系列交流变频异步电 动机拖动，选用德国西门子公司的6SE70系列全 数字式交流变频调速装置 ，采取公共整流变压 器、公共交流母线、变频器人口侧加进线电抗器 的形式供电。 交直流调速装置通过通讯板 CBP2作为从站 上挂到卷取区自动化控制系统的分布式现场总线 PROFIBUS—DP网上。通过 PROFIBUS—DP

  与 自动化控制系统进行过程控制数据及控制命令的 交换 3 自动化控制系统组成及功能 卷取区自动化控制系统设有 S7—400 PLC一 套、S7—300 PLC一套、操作员站 HMI一套。 卷取区 自动化系统采用分布式结构 ，PLC与 远程 I／O站 ET200M及传动装置通过过程现场总 线 PROFIBUS—DP通 讯 。CP443—1通 讯 模 块 将 PLC联接到工业以太网 (Industrial Ethernet)，与全 线PLC及 HMI通讯 S7—400 PLC主要完成卷取区与带卷运输区设 备 自动及手动逻辑控制、速度及张力给定控制、 层流冷却控制 、机前机上导尺的开 口度 APC控 制、夹送辊及助卷辊辊缝 APC控制、卸卷自动手 动 控 制 、 快 速 及 慢 速 运 输 链 APC控 制 、 PROFIBUS—DP及工业以太网数据通讯控制等。 S7—300 PLC主要完成卷取区传动液压站控 制、PROFIBUS—DP与主站 S7—400的数据通讯控 制等。 操作员站 HMI设置在卷取区操作台上 ，主要 包括卷取区主画面、卷取区轧制程序表画面、卷 取区设定画面、趋势图画面、卸卷状态画面、运 输链画面、液压、润滑站画面、故障报警一览表 等动态显示及设定画面。 4 主要 自动化功能 4．1 层流冷却控制 层流冷却装置分布在输出辊道上。卷取温度 控制 CTC程序是根据精轧出口的速度，带钢厚度 和精轧终轧温度以及卷取温度对热输出辊道的上 下层流冷却装置的开启进行设定和控制，以保证 带钢进人卷取机前的实际温度在所要求的卷取温 度精度范围内，从而提高带钢机械性能。采用预 设定阀门开启段数与温度反馈结合的算法： N=Ni+orl(口 s)+or2(r3一rs1)+or (74一 2) 一 22一 式中，Ⅳ一控制冷却水段数； —HMI中对给定 带钢厚度的预设定喷水段数 ；O1．一带钢速 度影响系数 ； 一带钢速度 ： 一对给定 厚度的轧制基准速度；Ol，一终轧温度变化 的影响系数；T3一实测终轧温度值； ．一 终轧温度 目标值；Ol 一卷取温度变化的影 响系数； 一实测卷取温度值； 一卷取 目标温度值。 CTC还可以有前端冷却、后端冷却、头尾不 冷却三种方案，分别应用于规格不同产品的生 产 ，可以在 HMI上选择设定。 4．2 机组速度控制 当带钢头部高速离开精轧机末架而未进人卷 取机时，输出辊道、夹送辊、卷取机、助卷辊速 度必须比末架轧机的速度快一定比率 ，以防止带 材在辊道上起皱，这称之为速度超前率。超前率 过低，影响带钢顺利咬人卷取机，过高则可能出 现带钢的 缩颈”效应，即带头咬人时拉窄带钢。 同样当精轧机末架抛钢时，输出辊道速度必 须滞后于记忆的末架轧机速度一定比率，从而对 带钢产生向后 的拉力防止带材 因失张而起皱 ，这 称之为输出辊道的滞后率。此时，卷取机、夹送 辊还和带钢速度同步。带钢张力原来在机架和卷 取机 间建立现转为在卷取机和夹送辊之 间建立 。 由于输 出辊道是分段调速的 ，所 以当带尾离开某 一 段辊道时，该段就降为等待速度或恢复为下一 块钢的超前速度以准备传送下一块钢。带尾跟踪 到带 钢尾部 到达减速点 时进行减 速 ，减 速点 由 PLC计算，使带钢尾部到达夹送辊时速度降为目 标速度，同时卷取机降至爬行速度运转 ，直至带 尾到卷筒正下方或要求的定位角度停止。 4．3 夹送辊控制方式 当带头进人夹送辊时，夹送辊为速度调节方 式，速度设定值为末架精轧机速度加上超前率。 当卷取机与末架轧机建立张力后，夹送辊 自动转 为零电流控制方式，这时它的速度应与带钢速度 同步，只起传送作用。当带钢尾部到 F4机架时， 卷取机张力给定值减小。末架轧机抛钢后，带钢 在夹送辊与卷取机之间继续形成张力 卷取 ，夹送 辊恢复为速度控制系统 ，卷取机为张力控制系 统 ，夹送辊会通过钢板被卷筒拉人同步 ，而进人 发电状态。带尾离开夹送辊后 ，夹送辊降为等待 速度运行或以下一带钢的超前速度运行 。 4．4 卷取张力控制 卷取机控制中最重要的环节就是张力控制 ， 张力控制的效果直接关系到成品质量。张力控制 维普资讯 高亮 Starlight 高亮 Starlight 高亮 Starlight 高亮 《一重技术》 的 目的在于保证正常卷取时 ，1号或 2号卷取机 上的带钢张力恒定在设定值．从而保证带卷卷得 紧而齐，卷形 良好 ，减小塔形 。 张力控制 由 T400工艺板及相应 的卷取软件 包实现。T400可实现间接闭环张力控制与直接张 力闭环调节。可进行卷径计算 、转动惯量动态补 偿 、摩擦补偿 、断带与超速保护。 电动机的转矩及张力公式为 ： MD=K m I +MB+M l +Mo T--2K 式 中， 一弯曲力矩 (kg·1TI)； j一动态力矩 (kg·1TI)；眠一空载转矩 (kg·1TI)；卜 张力 (k ； 一电机磁通 (MX)；D一卷径 (1TI)； 一 减速 比。 这 台卷取 机张 力控制 采用最 大力 矩控 制方 式，其基本控制过程为： 卷取 机 在基速 下工作 ，电动 机处 于满 磁状 态，q)=q),~=Const。此时只要保证 恒定 ，即按 卷径 D的变化成比例地调节电枢电流．就可实现 恒张力控制．且合理利用了电动机的功率。 线速度给定 线速度 在基速 以上轧制时，由励磁调节器控制 电机 电势E为恒定值，即令 E=Ceq)n=Const．也就是 要求 与 n成反比。由于 n= (式 中 ，n分 别为带材线i 在 稳速轧制时线 速度 为恒量 。既然 E、 都为恒量，则由上式，显然 亦为恒定值。因此 根据张力公式T=2iCMI-~-．只要再调节电流，为 恒定就实现了带材张力恒定。 在不能直接检测张力的情况下．为了准确控 制卷取张力，必须准确控制卷取机电机的转矩。 由速度控制转为张力控制时卷取机速度给定附加 一 个饱和设定值，使其大于实际带钢速度，此时 速度调节器的输出饱和。张力给定值乘以卷径再 加上动态补偿及空载补偿及摩擦力矩补偿弯曲力 矩补偿 即转矩给定 ．作为卷取机的转矩／电流限 幅。由于速度调节器的输出达到饱和限幅值，控 制 转矩 限幅就可控 制电机 的转 矩 ．保 证张力 恒 定。调节系统如图 1。 转矩计算。电机的总转矩中包含有各种其他 M ltf M 图 1 成分。因此必须对这些成分进行补偿 ，以达到通 过对总转矩的控制进而实现张力控制的目的。在 加减速过程 中算 出动态电流 ，进行相应的动态空 载转矩补偿 ．就保证了加减速过程 中带材张力 的 恒定。 卷取电机的总转矩由张力转矩 、弯曲力矩补 偿、动态惯性转矩补偿、机械摩擦损耗补偿等组 成。因此卷筒电机折算到卷筒上的总转矩为 冲 M=M寸MB+Mj+Mo 卷径计算 。卷径计算是 实现卷取张力控制 、 自动带尾停止控制等必须的。采用速度比的方式 计算卷径的基本公式为 ：D= 仃 n 式 中 ，lJL一带 材线 速 度 (m／min)；n一 卷筒 转 速 (r／min)；D一卷径 (m)。 这种方法的优点是：没有累计误差且不必考 一 23— 维普资讯 年第 3期(总 111期) SPWM综合谐波抑制的一种方法 刘 伟 ，李向安 (1．凌源钢铁集团公司自动化部电气工程师，辽宁 凌源 122504；2．一重集团大连设计研究院高级工 程师 ，辽宁 大连 l16600) 摘要 ：在 PWM变频控制理论 的基础上 ，对广泛应 用的调制方法输 出的波形进行谐 波

  ．讨论谐波 产生的各种因素，说明应采取的一种有效的抑制方法来实现减少谐波对电机的危害。 关键词 ：谐 波分析 ；抑 制谐 波；变频器 ；脉宽调制 ；调速范 围 中图分类号 ：TN773 文献标识码 ：B 文章编号 ：1673—3355 (2006)03—0024—02 SPW M -An Effective W ay to Suppress Harmonics Liu Wei，Li Xiangan Abstract：The article makes harmonic analysis to the waves outputted by normal modulation devices，discusses the factors that cause to produce harmonics and gives an effective suppression way to reduce the harm of harm onics to motors． Key words：harmonic analysis； harm onic suppression； ~equency converter； pulse-width modulation； speed-adjusting range 随着 PWM (Pulse—Width Modulation)技术 在 变频控制领域的广泛应用．变频器成为交流电动 机调速的重要装置．不但调制范围宽 ．而且具有 明显的节能效果。但在逆变过程中产生的谐波会 使电动机的损耗增大 ，效率降低 ，功率因数降 低，并产生电磁噪音．而最大的影响则是谐波导 致转矩的脉动，最终造成转速的脉动。较有效的 抑制谐波的调制方法通常采用 SPWM法和特定 消 谐法。但也难以避免输出的高频谐波引起电机的 绕组失效和轴承损坏。下面就 SPWM法进行谐波 分析，根据谐波在频谱上的分布情况 ．提出减少 谐波对电机危害的方法。 1 SPWM法的谐波分析 对于 PWM 型变频控制 ，一般从 电机拖动转 矩方面考虑，采用 U／F控制方式，在改变频率的 同时控制变频器的输出电压，以保证恒磁通来实 现恒转矩 。所 以 PWM 控制原理是通过改变调制 深度和换向频率实现 U／F控制。 正弦波脉宽调制 SPWM法是利用三角波与正 弦波的交点作为变频电源的开关控制信号，其原 理图如图 1 正弦控制波：U：M~sin(27r厅) 虑带卷的卷紧程度。但带材与夹送辊之间可能的 打滑是影响速度比方式精度的主要因素。 5 结 语 热连轧卷取机的自动化水平要求很高．对软 收 稿 日期 ：2006—05—18：修 回日期 ：2006—05—30 — 24一 件程序设计要求也务必严谨。必须满足即使在检 测元件有误的情况下也能卷完当前钢坯。该项目 投产运行至今表明：其控制系统模块设计合理，功能 完善，运行可靠，完全满足用户的要求。 维普资讯

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