電氣傳動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，另一個就是軋制速度。而第一個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，所以只能通過選擇和調整不同的軋制速度來滿足這一基本條件。從式(1)可以推出對于相鄰機架間的速度關系應當滿足公式

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入機架n-1與機架n的軋件截面之比。

然而，在實際應用中，由于軋件受鋼溫、材質、坯料形狀、孔型磨損等擾動因素的影響，無法保證精確的截面值。這樣，為了達到式(2)新的平衡關系，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實現)，得到式

Vn=Vn-1×Rn(1+Km+Kt) (3)

式中 Vn、Vn-1-機架n與n-1的出口線速度

Rn——軋件通過n機架的延伸系數

Km——手動干預時對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，根據張力自動調節理論，張力變化與速度變化還具有以下傳遞函數關系

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，時間常數為Tt的一階慣性環節

δV——軋機速度增量

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

在自動控制算法中，機架n與n-1間的張力是通過測量機架n-1電機的電磁轉矩變化量來實現的。因為在軋制過程中.軋制轉矩可用下式來

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——張力所產生的力矩

Ta——加速力矩

Tf——機械摩擦等所產生的附加力矩

在穩定軋制狀態下，Ta=0，若進一步忽略Tf，則

Tm=TT+Tt (6)

其中Tt與工藝參數有關.如孔型道次、軋制壓下量、鋼溫、材質等，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——機械傳動系統效率

δTm1——主電機上軸輸出轉矩

由式(7)可見，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，在自動控制算法中，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：對于變化的速度關系，下游軋機比上游軋機的轉矩變化來得小。這一結論也就說明在大多數情況下，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行速度關系的校正，也就是說當軋件被咬人n+1機架前，n機架與n-1機架問的速度校整不會影響到該機架電流檢測的準確性。

(2)軋件進入下游軋機前，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系產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，材料的頭部微張力控制只是在進入下游機架避開

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

2 微張力控制系統控制邏輯分析及調試時有關用戶參數的設定

自動控制系統中，以西門子6RA70為例，其微張力控制邏輯圖.

根據圖1，有關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(控制總線)Master Bus IM153通信線向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經過濾波后的力矩值，濾波時間常數為TRQFILT(s)，由用戶設定，一般為0.5s。因為PLC計算機中，程序執行周期為200 ms，故400 ms以下的濾波時間將不會使濾波器起作用。此濾波器對于消除由短暫加速力矩或臨時性干擾力矩所產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，這個機架n-1與機架n之間的張力如何理解呢?其實.此時刻前這個經由電機電磁轉矩轉化后的(技術)TCC值，并不代表機架間軋件的實際張力，只不過是軋件經過n-1機架時，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人下游n機架輥縫前的固定且較短時間的報警距離的力矩值。報警距離WL3由用戶設定，原則是避開由進口導衛等所產生的臨時性干擾的情況下，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。