1 引言
承鋼棒材廠是由承德鋼鐵集團(tuán)有限公司投資3個(gè)多億資金全新從國(guó)外引進(jìn)全套設(shè)備的低溫控軋和控冷的棒材生產(chǎn)線，2003年12月26日正式竣工投產(chǎn)。公司棒材軋機(jī)精匯了意大利達(dá)涅力公司、asirobicon電氣公司、成套設(shè)備和國(guó)內(nèi)數(shù)家骨干企業(yè)合作制造的設(shè)備，具有90年代*的技術(shù)裝備水平。該軋機(jī)全線自動(dòng)控制，成品設(shè)計(jì)速度18m/s， 年設(shè)計(jì)能力80萬(wàn)噸棒材。自動(dòng)化控制方面充分吸收了國(guó)內(nèi)外*經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論在控制系統(tǒng)的構(gòu)成，在控制功能上，還是在系統(tǒng)操作水平上，都處于當(dāng)今*水平。
2 工藝設(shè)備介紹
2.1 工藝設(shè)備
承鋼棒材廠生產(chǎn)線軋機(jī)為全連續(xù)式大型軋鋼機(jī)，共18架，呈平立交替式布置。主軋線的主要設(shè)備有:冷坯上料設(shè)備、步進(jìn)梁式加熱爐、高壓水除磷系統(tǒng)、軋機(jī)、切頭及事故飛剪、控溫水冷系統(tǒng)、水冷淬火裝置、在線測(cè)徑儀、組合式分段飛剪、步進(jìn)齒條式冷床、擺動(dòng)式冷剪、計(jì)數(shù)、打捆、稱重和收集裝置、液壓潤(rùn)滑系統(tǒng)。上述所述設(shè)備的主要部分引進(jìn)世界上的冶金設(shè)備設(shè)計(jì)制造公司—達(dá)涅利公司，其余部分為國(guó)外設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)制造。
在這條生產(chǎn)線上還預(yù)留了鋼坯無(wú)頭焊接機(jī)、減定徑機(jī)組、大盤卷等設(shè)備的空間。
加熱爐為步進(jìn)式加熱爐，冷料的額定小時(shí)產(chǎn)量為150t/h，裝出料方式為側(cè)進(jìn)側(cè)出，可單排和雙排裝料，燃料為高爐煤氣，加熱爐采用氣化冷卻、煤氣空氣雙蓄熱燃燒技術(shù)。
全生產(chǎn)線18架軋機(jī)分為粗、中、精軋三個(gè)機(jī)組，粗軋機(jī)組6架軋機(jī)，中軋機(jī)組8架軋機(jī)，精軋機(jī)組為4架軋機(jī)。其中，在第13～14架軋機(jī)具備快速換輥功能， 16#、18#架軋機(jī)為平、立可轉(zhuǎn)換軋機(jī)，全線軋機(jī)為短應(yīng)力線軋機(jī)。軋線上設(shè)有兩臺(tái)切頭和事故碎段剪，一臺(tái)倍尺飛剪。
在中精軋機(jī)組間的兩組和精軋機(jī)后的一組水箱用于某些需控溫軋制的產(chǎn)品的生產(chǎn)，需控溫的規(guī)格為φ18～40mm。在精軋機(jī)組后設(shè)置淬火加回火處理（qtb）裝置，用來(lái)對(duì)φ12～40mm的螺紋鋼進(jìn)行控制冷卻。該裝置由四條水冷線加一條輥道運(yùn)輸線組成，其中有三條水冷線是用于2～3線切分的螺紋鋼的冷卻，有一條水冷線是用于線軋制螺紋鋼時(shí)的冷卻，輥道運(yùn)輸線是用來(lái)運(yùn)送不需qtb處理的規(guī)格。
冷床為步進(jìn)齒條式，寬120m，長(zhǎng)14m。冷床在輸入側(cè)設(shè)有矯直板，在輸出側(cè)設(shè)有齊頭輥道、編組鏈和平移裝置。
定尺擺剪位于冷床輸出輥道之后用于下冷床之后的軋件的定尺剪切。在冷剪之后設(shè)有加速輥道和雙輥道，用來(lái)將切成定尺的鋼材移送到鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)上。
在鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)后部設(shè)有鋼材的計(jì)數(shù)裝置，自動(dòng)完成成品鋼材的定支包裝。
在鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)后為鋼材的堆垛裝置，自動(dòng)打捆機(jī)，稱重裝置等。
車間電氣傳動(dòng)采用了當(dāng)今較流行的變頻調(diào)速技術(shù)以及*的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)配置如圖1所示。
圖1 硬件系統(tǒng)配置
2.2 工藝流程
承鋼棒材廠原料采用煉鋼廠提供的合格的鋼坯，通過(guò)汽車運(yùn)輸?shù)桨舨膹S原料跨。根據(jù)生產(chǎn)指令，用原料跨磁盤天車上料，置于冷坯上料臺(tái)架上，通過(guò)撥爪式上料臺(tái)架將坯料運(yùn)至移鋼設(shè)備將坯料放置于上料輥道上，經(jīng)過(guò)坯料的稱重、不合格坯的剔除，進(jìn)入加熱爐中加熱。熱連鑄坯將通過(guò)輥道直接送至加熱爐的稱重測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)、不合格連鑄坯的剔除，入爐加熱。鋼坯在步進(jìn)式加熱爐中加熱至950～1050℃后，由爐內(nèi)輥道送出爐外。經(jīng)加熱后的鋼坯經(jīng)高壓水除磷后，通過(guò)夾送輥將鋼坯送至粗軋機(jī)組軋制。軋機(jī)共18架，分為粗、中、精軋機(jī)組，以6-8-4的數(shù)量化分，全線軋機(jī)成平立交替式布置，其中，精軋機(jī)組的16、18架軋機(jī)為平立可轉(zhuǎn)換軋機(jī)。軋機(jī)由交流電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，軋件在1～10架軋機(jī)之間采用微張力軋制技術(shù)，10～18架軋機(jī)之間采用活套無(wú)張力軋制。較小規(guī)格采用全線18架軋機(jī)軋制，軋制大規(guī)格時(shí)相應(yīng)減少機(jī)架，減少的主要原則是:直徑小于40mm的規(guī)格盡量采用精軋機(jī)軋制。在軋制過(guò)程中，各機(jī)組之間設(shè)有飛剪，用于切去軋件的不良頭尾，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，飛剪可立刻將軋件碎斷。
3 微張力模型的設(shè)計(jì)
微張力的工藝原理是在相臨的兩個(gè)機(jī)架之間實(shí)現(xiàn)無(wú)張力軋制。通過(guò)上游和下游機(jī)架的速度級(jí)聯(lián)關(guān)系自動(dòng)修正速度，保持金屬秒流量相等。由于張力由軋輥之間的速度差造成，并且張力形成環(huán)節(jié)受環(huán)境條件及建模誤差的影響，使得張力形成環(huán)節(jié)的模型與真實(shí)模型存在不確定性，為了使現(xiàn)代棒材連軋機(jī)始終保持棒材在恒定的張力狀態(tài)下進(jìn)行軋制，以獲得高質(zhì)量的成品棒材，必須裝備控制系統(tǒng)建立微張力軋制模型和速度級(jí)聯(lián)模型等各種控制模型。
3.1 微張力產(chǎn)生的原理
微張力控制實(shí)質(zhì)上是通過(guò)對(duì)相臨兩工作機(jī)架中上游機(jī)架的電機(jī)轉(zhuǎn)距進(jìn)行檢測(cè)，加以記憶存儲(chǔ)，形成表示鋼坯內(nèi)張力大小的實(shí)際值，與設(shè)定的張力給定值的偏差，通過(guò)比例、積分控制校正上游機(jī)架的速度，協(xié)調(diào)兩機(jī)架之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)微張力控制。其控制關(guān)鍵是準(zhǔn)確測(cè)量各軋機(jī)的軋制力矩。系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)對(duì)應(yīng)機(jī)架的電樞轉(zhuǎn)距間接得到該值。當(dāng)本機(jī)架的軋機(jī)咬鋼而軋件尚未進(jìn)入下架軋機(jī)時(shí)，系統(tǒng)計(jì)算出的力矩值便是本軋機(jī)的軋制力距值。當(dāng)下架軋機(jī)也咬鋼時(shí)，重新計(jì)算得到新的力矩，兩力矩之差是軋件上的張力力矩。若偏差值為正，表示機(jī)架間堆鋼;若偏差值為負(fù)，表示機(jī)架間拉鋼。系統(tǒng)就是根據(jù)該偏差值的正負(fù)和大小，給出相應(yīng)的速度修正來(lái)平衡軋機(jī)的速度，保證機(jī)架間的軋件張力被限制在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)微張力控制。用公式表示為:
t=mn－mn-1
t＞0代表推;
t＜0代表拉;
mn表示上游機(jī)架記載的轉(zhuǎn)矩;
mn-1表示坯料頭部進(jìn)入下游機(jī)架后記載的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩
兩者之差即為張力。
由于微張力控制將兩相臨機(jī)架通過(guò)軋件起來(lái)，使其存在偶合關(guān)系，系統(tǒng)不具備魯棒性，為此，引如速度校正因子進(jìn)行解耦。當(dāng)微張力控制開(kāi)始時(shí)，速度校正因子進(jìn)行自我補(bǔ)償調(diào)節(jié)，通過(guò)不斷的自動(dòng)修正，消除初始偏差，在兩軋機(jī)間形成均勻協(xié)調(diào)的速度。一般要假設(shè)過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的信息和它的變化范圍。一些算法不需要的過(guò)程模型，但需要一些離線辨識(shí)。微張力控制的設(shè)計(jì)是以一些zui差的情況為基礎(chǔ)，因此一般系統(tǒng)并不工作在*狀態(tài)。過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性已知且不確定因素的變化范圍可以預(yù)估，棒材廠所有的張力控制模型在ams系統(tǒng)完成，微張力原理圖如圖2：
圖2 微張力形成原理圖
3.2 微張力控制系統(tǒng)
承鋼棒材生產(chǎn)線的軋機(jī)設(shè)備采用意大利danineli公司產(chǎn)品，電控設(shè)備由意大利asirobicon公司提供，采用分布式控制策略，操作站使用win2000操作系統(tǒng)，通訊協(xié)議使用ieee802.3標(biāo)準(zhǔn)，軋機(jī)一側(cè)設(shè)置操作箱，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程/本地操作和換型使用。整個(gè)軋制系統(tǒng)集輥縫控制、厚度控制、軋制過(guò)程管理、數(shù)據(jù)顯示及操作控制、故障診斷及遠(yuǎn)程診斷于一體，由上到下分為操作站設(shè)定、過(guò)程站控制、傳動(dòng)執(zhí)行三部分。
操作站設(shè)定級(jí)完成與張力自動(dòng)控制有關(guān)的上層設(shè)定及其系統(tǒng)監(jiān)控功能。主要是張力控制中軋機(jī)組態(tài)的選擇,即通過(guò)畫面設(shè)定哪幾架軋機(jī)之間被選作微張力控制,哪幾架軋機(jī)之間被選作自動(dòng)活套控制。包括:hmd信號(hào)檢測(cè);物料跟蹤;速度設(shè)定;標(biāo)準(zhǔn)模式下的速度校正因子設(shè)定;非標(biāo)準(zhǔn)模式下的過(guò)速校正因子保護(hù);軋件入口速度跟蹤;軋件出口速度跟蹤。
過(guò)程控制站為asirobicon ams系統(tǒng),它主要完成與微張力控制和自動(dòng)活套控制有關(guān)的物料跟蹤、邏輯時(shí)序互鎖、傳動(dòng)執(zhí)行級(jí)的速度級(jí)聯(lián)、速度給定及微張力控制算法等功能。
傳動(dòng)執(zhí)行級(jí)主要完成微張力控制部分軋機(jī)的傳動(dòng),在系統(tǒng)中由svtl交流變頻調(diào)速裝置完成。控制系統(tǒng)由ams過(guò)程站和s7400操作員站組成。過(guò)程站由ams帶vme機(jī)箱帶cpu、profibus模塊組成，通過(guò)profibus通訊模板與與加熱爐、精整等其它過(guò)程站進(jìn)行通訊。
系統(tǒng)控制程序采用adt（adt-asirobicon development tookit）isagrafi編制，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)。工業(yè)控制程序往往功能繁，語(yǔ)言多，根據(jù)工業(yè)控制要求，將編程元素設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)圖形功能塊，稱為pc元素。pc元素內(nèi)有三種結(jié)構(gòu)類元素pcpgm、contrm和funcm，pcpgm是程序結(jié)構(gòu)的zui高層，旨在完成一個(gè)完整的控制功能，一個(gè)pcpgm下允許一個(gè)或幾個(gè)contrm，而一個(gè)contrm下又可包含一個(gè)或幾個(gè)funcm，從而使整個(gè)程序結(jié)構(gòu)呈階梯狀，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。在cpu內(nèi)還有一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，它的作用是*存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和在程序間傳遞數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的元素稱為db元素，這些元素包括過(guò)程站所使用的的i/o模板和信號(hào)及程序中產(chǎn)生的其它數(shù)據(jù)信息。信號(hào)采集流程圖如圖3所示：
圖3 檢測(cè)信號(hào)流程圖
3.3 微漲力控制過(guò)程
軋機(jī)轉(zhuǎn)距的變化是一個(gè)非線性增大量，濾波元素接受上游機(jī)架的波形轉(zhuǎn)距參數(shù)后，乘以轉(zhuǎn)距常數(shù)得到張力級(jí)聯(lián)參數(shù)并存儲(chǔ)本機(jī)架張力值。將張力進(jìn)行比較后得到一個(gè)張力偏差，該張力偏差值分別進(jìn)行比例和積分運(yùn)算，積分運(yùn)算值作為速度校正因子參與速度級(jí)聯(lián)控制，得到上游機(jī)架的速度。
軋機(jī)速度設(shè)定主要由兩部分組成:一部分是決定軋鋼生產(chǎn)速度主信號(hào)，由zui末機(jī)架出口速度為基準(zhǔn)向上游分配，也就是速度級(jí)聯(lián)關(guān)系，即每過(guò)一個(gè)輥縫，除以一個(gè)速度校正因子;另一部分是疊加在主基準(zhǔn)上的速度修正量，即比例校正。這樣在主級(jí)聯(lián)速度給定的基礎(chǔ)上通過(guò)速度修正調(diào)整上游機(jī)架的速度給定，協(xié)調(diào)上、下游機(jī)架間的速度關(guān)系，使鋼坯在微張力控制下正常軋制。
由此可見(jiàn)，微張力控制實(shí)質(zhì)上是在上游軋機(jī)主傳動(dòng)控制上增加張力外環(huán)，由微張力給定值與檢測(cè)值形成的偏差，與比例增益相乘形成微張力控制的比例速度校正量;偏差值與增益常數(shù)形成速度校正因子，傳遞給控制環(huán)節(jié)形成自整定的速度校正，調(diào)節(jié)上游機(jī)架的速度，實(shí)現(xiàn)微張力控制。
3.3 微張力模型計(jì)算法則
自動(dòng)控制計(jì)算法則是建立在下列基礎(chǔ)上:
（1） 后張力變化影響的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩要少于前張力的2~4倍。
（2） 坯料進(jìn)入下游前，上游傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩立刻給出所需要的轉(zhuǎn)矩，而不影響上游中間機(jī)架部分推和拉或來(lái)自于機(jī)械設(shè)備的臨時(shí)性的擾動(dòng)。
（3） 如果在上游傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩發(fā)生一些變化，坯料進(jìn)入下游輥縫時(shí)，由于不正確的速度關(guān)系導(dǎo)致推或拉鋼。假定轉(zhuǎn)矩的變化代表推或拉，只要其他的條件如溫度，摩擦力或縮減量沒(méi)有引起軋制材料轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，就認(rèn)為這種變化就是*有效的，實(shí)際上上游轉(zhuǎn)矩之間是相互影響的，我們假設(shè)棒材進(jìn)入輥縫前或后在短時(shí)間內(nèi)是*有效的。需要注意的是此時(shí)應(yīng)沒(méi)有臨時(shí)的轉(zhuǎn)矩干擾，如果認(rèn)為所受的影響已被包括在轉(zhuǎn)矩縮減量里。這時(shí)就可以說(shuō)沒(méi)有臨時(shí)性干擾，此時(shí)進(jìn)行的控制就將被認(rèn)為是推和拉。從上面分析的敘述中可以看出張力的計(jì)算實(shí)際就是轉(zhuǎn)矩的計(jì)算。
3.4 轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法
由于轉(zhuǎn)矩的變化直接體現(xiàn)就是張力，計(jì)算張力實(shí)際就是計(jì)算轉(zhuǎn)矩，相比較來(lái)說(shuō)依靠后張力轉(zhuǎn)矩是相當(dāng)?shù)偷?，它表明速度變量發(fā)生變化，下游機(jī)架轉(zhuǎn)矩的變化要小于上游機(jī)架轉(zhuǎn)矩的變化。也就是說(shuō)在多數(shù)情況下，這種控制被允許對(duì)速度連續(xù)進(jìn)行修正。即使隨后控制已經(jīng)記憶了所需要的用于下游機(jī)架縮減量的轉(zhuǎn)矩。指針n-1指的是電機(jī)傳動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩信號(hào)。上游傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩n-1來(lái)自于scr控制，轉(zhuǎn)矩信號(hào)n-1_ldtrq通過(guò)一個(gè)低通濾波器來(lái)抑制速度控制時(shí)產(chǎn)生的高頻噪聲信號(hào)得到。濾波時(shí)間的設(shè)定通過(guò)一個(gè)n-1trqfilt參數(shù)來(lái)設(shè)置。這個(gè)濾波時(shí)間正常情況下設(shè)置為0.5s。設(shè)置低于0.4s將不會(huì)影響濾波器,因?yàn)闉V波器每隔0.2s計(jì)算一次增大轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)到工作標(biāo)準(zhǔn)所需要的時(shí)間,濾波器輸出n-1_torqfilt,被平衡到濾波器的輸入。這個(gè)增加的延時(shí)時(shí)間由參數(shù)n-1baltime設(shè)置, 正常情況下設(shè)置為0.4~0.6s。在坯料進(jìn)入下游輥縫前和轉(zhuǎn)矩的記憶出現(xiàn)前, 時(shí)間過(guò)短意味著被過(guò)濾的轉(zhuǎn)矩級(jí)別沒(méi)有達(dá)到正常的工作級(jí)別。
被濾過(guò)的轉(zhuǎn)矩值濾波的轉(zhuǎn)矩值單位是knm通過(guò)一個(gè)帶有n-1_tconst因子的乘法被傳送到張力值,單位是n/mm2:
n-1_tconst=z×2000000／dw×area
這里:
z=電機(jī)齒輪傳動(dòng)速比;
dw=有效的軋輥直徑（mm）;
area=坯料平均截面面積（mm2）。
注意傳送的值不代表著實(shí)際的張力值，僅是轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)值，在張力控制的算式里采用。被傳送的值形成一個(gè)n-1_tcc流動(dòng)的級(jí)聯(lián)信號(hào),確保上游選定的工作機(jī)架給出的電流值*入到張力控制計(jì)算式中。注意中間機(jī)架的控制算式被認(rèn)為是屬于下游機(jī)架的，上游機(jī)架傳動(dòng)n-1作為轉(zhuǎn)換器控制屬于下游傳動(dòng)n。
3.5 微張力控制模型計(jì)算說(shuō)明
軋機(jī)力距測(cè)算:正在咬鋼的軋機(jī)讀出電機(jī)轉(zhuǎn)距nldtrq,則有:
第n架軋機(jī)微張力級(jí)聯(lián)值=第（n-1）架軋機(jī)微張力級(jí)聯(lián)值;否則，對(duì)于已不再咬鋼的上游機(jī)架張力級(jí)聯(lián)值為:
第n架軋機(jī)微張力級(jí)聯(lián)值=nldtrq×（齒輪箱齒比）×2.0×10×6e/（軋輥直徑×軋輥受力面積）;
tn=nldtrq×i×2.0×10×6e/d×s
tn—第n架軋機(jī)微張力級(jí)聯(lián)值;
i—齒輪箱齒比;
d—軋輥直徑;
s—軋輥受力面積。
力矩存儲(chǔ):第n架軋機(jī)的張力偏差計(jì)算;
第n架軋機(jī)微張力實(shí)際值=第n架軋機(jī)微張力級(jí)聯(lián)值-第（n-1）架軋機(jī)微張力級(jí)聯(lián)值;
tnact=tn-tn-1
tnact:第n架軋機(jī)微張力實(shí)際值;
tn:第n架軋機(jī)微張力級(jí)聯(lián)值;
tn-1:第（n-1）架軋機(jī)張力存儲(chǔ)值。
微張力控制:兩機(jī)架間有鋼時(shí)，引入速度校正因子r進(jìn)行上游機(jī)架速度校正:第n架軋機(jī)速度校正因子=第n架軋機(jī)積分增益×第n架軋機(jī)張力修正值;上游機(jī)架速度校正:第n架軋機(jī)校正速度主第n架軋機(jī)比例增益與第n架軋機(jī)張力修正值之積。
3.6 張力選擇控制方式
張力的選擇控制一般情況下是在軋制參數(shù)表中完成，也就是在配方里完成，然后下載到服務(wù)器中。微張力控制調(diào)節(jié)所需的參數(shù)，必須設(shè)置下列參數(shù)值:
（1） 下游機(jī)架啟動(dòng)微張力控制的距離;
（2） 張力控制的積分時(shí)間;
（3） 張力控制的設(shè)定值;
（4） 微張力設(shè)定值采樣時(shí)間的平均時(shí)間;
（5） 下游機(jī)架停止采樣時(shí)間。
上述這些參數(shù)的設(shè)置在配方表里完成，然后下載到服務(wù)器中, 再?gòu)姆?wù)器中下載到ams系統(tǒng)，ams系統(tǒng)是由“c”語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的程序塊，包括各種功能如速度級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)模型、活套調(diào)節(jié)模型、微張力調(diào)節(jié)模型、軋線跟蹤模型等，這些模型所需要的參數(shù)都要在配方里設(shè)置，下載到ams里即可, ams系統(tǒng)接到這些參數(shù)后，開(kāi)始運(yùn)算、調(diào)節(jié), 發(fā)出相關(guān)的指令。微張力模型配置畫面如圖4：
圖4 微張力參數(shù)配置畫面
微張力控制的選擇操作通過(guò)軋線配置顯示畫面來(lái)操作,在監(jiān)控畫面菜單選擇“張力棒圖”，從棒圖中查看轉(zhuǎn)矩設(shè)定植和從傳動(dòng)系統(tǒng)讀取的轉(zhuǎn)矩，二者比較,查看二者之差是否在要求的范圍內(nèi),注意此時(shí)控制程序是在手動(dòng)干擾的情況下執(zhí)行的，也就是說(shuō)在沒(méi)有選擇自動(dòng)進(jìn)行速度修正的情況下進(jìn)行。見(jiàn)圖5：
圖5 微張力棒圖顯示畫面
在鋼材穿過(guò)機(jī)架階段，此種控制方式能夠維持二機(jī)架間鋼坯張力恒定。它適用在鋼坯斷面大或二機(jī)架間距離太近的場(chǎng)合。采用微張力控制的機(jī)架，在坯料進(jìn)入軋輥和抵達(dá)下游機(jī)架之前，采集相關(guān)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（電流）。asirobicon所專有的算法模型對(duì)采集信號(hào)的電源噪聲和高次諧波進(jìn)行過(guò)濾，以得到合適的電流設(shè)定值用作微張力調(diào)節(jié)。通過(guò)推拉微調(diào)可對(duì)設(shè)定值增加百分制的修正，并具有軋制程序的校正功能。承鋼棒材廠的電流設(shè)定值是這樣的，當(dāng)棒材頭部穿過(guò)機(jī)架5ms后，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩采樣，頭部距離下游機(jī)架500mm停止采樣，取采樣的平均值作為設(shè)定值。距離和采樣時(shí)間可以以及棒材的頭部穿過(guò)機(jī)架和距離下一個(gè)機(jī)架的距離都可以接口模型設(shè)定，這個(gè)接口模型主要是rsview人機(jī)接口。
在下游機(jī)架形成咬鋼沖擊以后的瞬間，調(diào)節(jié)器動(dòng)作以使扭矩與沖擊前的扭矩保持一致，這樣軋件就處于無(wú)張力軋制。調(diào)節(jié)器計(jì)算轉(zhuǎn)矩實(shí)際值同采集值之間的誤差，*意味著軋件不受張力影響，調(diào)節(jié)器對(duì)上游軋機(jī)轉(zhuǎn)速輸出修正量。正確減面率r隨后被自動(dòng)更新。
被轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)矩信號(hào)n-1_tcc,代表材料的縮減量，它發(fā)生在一個(gè)固定的、比較短的報(bào)警距離內(nèi)，當(dāng)坯料頭部未端進(jìn)入下游輥縫前，這個(gè)記憶的轉(zhuǎn)矩作為一個(gè)n_tmem（n/mm2）值被存貯。為減小由于剖面溫度而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩差異，記憶發(fā)生的時(shí)刻和控制有效的時(shí)間之間，應(yīng)在盡可能地接近輥縫時(shí)出現(xiàn)。到達(dá)輥縫的報(bào)警距離由參數(shù)nwl3（mm）定義。這個(gè)報(bào)警距離設(shè)定以至于在輥縫前得到一個(gè)位置，在這里上游被計(jì)算的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩是不受使坯料頭末梢通過(guò)入口導(dǎo)位裝置所需要的推力影響的。通常情況下距離長(zhǎng)度的設(shè)定等于或小于入口導(dǎo)位的長(zhǎng)度，目的是為了防止摩擦影響所記憶的值。實(shí)質(zhì)上這個(gè)記憶的值不包括臨時(shí)性的來(lái)自坯料本身和機(jī)械設(shè)備干擾，而這些干擾在整個(gè)控制程序中會(huì)立刻消失的。記憶的變量值用于隨后的坯料, 變量值將在±4n/mm2之間變化.如果變量增大，變量的原因必須找到和并進(jìn)行修正。否則控制可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的速度級(jí)聯(lián)關(guān)系，這是因?yàn)闉榱苏业揭粋€(gè)穩(wěn)定的代表所需要用于減小的轉(zhuǎn)矩是非常困難的。所有的這一切參數(shù)下載到服務(wù)器，然后在ams系統(tǒng)自動(dòng)完成張力和速度調(diào)節(jié)。
3.7 微張力控制模型轉(zhuǎn)矩參數(shù)的記憶
坯料頭部未端進(jìn)入下游輥縫后形成的轉(zhuǎn)矩和所記憶的轉(zhuǎn)矩n_tmem之間是有差別的,這種差別直接在坯料上產(chǎn)生一個(gè)實(shí)際的張力值。這個(gè)張力信號(hào)n_tact（n/mm2）有一個(gè)用于拉的負(fù)信號(hào)和用于推的正信號(hào).這兩種信號(hào)是在兩個(gè)機(jī)架n和n-1之間的中間部分坯料上形成的。逆向控制n_tdev來(lái)自于實(shí)際值n_tact，它通過(guò)增加一個(gè)張力參數(shù)n-tref（n/mm2）。這個(gè)參數(shù)由操作員設(shè)定,取得一個(gè)合適的速度關(guān)系應(yīng)用于所有坯料.通常情況下0-2n/mm2對(duì)于補(bǔ)償增加質(zhì)量流量是很有必要的，它是通過(guò)減少坯料的溫度給出的正、負(fù)用于拉和推。注意這個(gè)參數(shù)的設(shè)定的目的是控制整個(gè)軋制材料的頭尾軋制。
坯料的頭部未端進(jìn)入機(jī)架n后，在一個(gè)比較短的時(shí)間內(nèi)張力控制被分成幾塊。延時(shí)時(shí)間由參數(shù)ndelttc（s）定義，通過(guò)設(shè)定這個(gè)參數(shù)允許形成全張力以及防止臨時(shí)性轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩主要來(lái)自于入出口導(dǎo)位裝置，它可以通過(guò)作為形成推情況下控制說(shuō)明。
逆向控制調(diào)節(jié)速度關(guān)系，在*情況下采用整體的調(diào)節(jié)控制類型設(shè)定縮減因子（r因子），在臨時(shí)性的情況下采用比例速度調(diào)節(jié)對(duì)選定的上游傳動(dòng)修正。比例調(diào)節(jié)通常用于在形成全張力前使相互機(jī)架之間較長(zhǎng)區(qū)域控制保持穩(wěn)定，這主要是由于過(guò)度的坯料被移走而導(dǎo)致張力減弱?？刂圃鲆娴脑O(shè)定參數(shù)通過(guò)ntigain和ntpgain。
增益的設(shè)定對(duì)于所有的相臨機(jī)架來(lái)說(shuō)基本都是恒定不變的。不過(guò)對(duì)于相互之間超過(guò)5m的機(jī)架，這個(gè)值應(yīng)需要設(shè)定得低一些?？刂瓶梢员患锌刂飘?dāng)減小的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)用于下一個(gè)的下游控制的記憶時(shí)，或經(jīng)過(guò)一段時(shí)間。這個(gè)時(shí)間由參數(shù)nmaxttc（s）定義。這個(gè)設(shè)定定義了幾個(gè)控制部分的zui大時(shí)間。一般情況下，這個(gè)時(shí)間設(shè)定為4s。坯料截面溫度很好地改變了轉(zhuǎn)矩的縮減量，使得所記憶的值被刷新。如果參數(shù)nextendtc設(shè)定為真，經(jīng)過(guò)一個(gè)單獨(dú)設(shè)置的zui大時(shí)間后，控制將被集中控制。這個(gè)參數(shù)正常情況下設(shè)置為針，至于傳遞的大部分類型，一個(gè)變化的反向張力稍微會(huì)影響下游傳動(dòng)的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
3.8 張力故障檢測(cè)信號(hào)的采集
任何自動(dòng)化控制都需要一些傳感器，這些傳感器必須提供合理的工作條件。一些光學(xué)傳感器被用來(lái)跟蹤通過(guò)整個(gè)軋線坯料，這些元件是自動(dòng)化控制控制系統(tǒng)主要干擾源，盡管在控制程序中經(jīng)過(guò)艱苦的努力和廣闊的互鎖來(lái)過(guò)濾和測(cè)試這些干擾是可能消除的。
對(duì)于頭和尾故障的觀測(cè)，頭和尾延時(shí)報(bào)警通過(guò)hmd（hot metal detect）來(lái)監(jiān)視執(zhí)行這個(gè)功能。所有的各種類型的報(bào)警都要嚴(yán)格考慮到，由于它們顯示的故障檢測(cè)元件如熱金屬檢測(cè)器和掃描器，能夠更新跟蹤功能，一個(gè)錯(cuò)誤的hmd信號(hào)可產(chǎn)生一個(gè)不正確的坯料的頭和尾的跟蹤，許多功能包括張力控制功能都要依靠的和重復(fù)性的跟蹤功能，如果對(duì)于有真實(shí)位置的坯料頭和尾給出一個(gè)錯(cuò)誤的信息，大多數(shù)的功能都可能是失敗的。使用傳感器的測(cè)試功能可以經(jīng)常對(duì)傳感器內(nèi)部功能進(jìn)行檢查，傳感器內(nèi)部故障和外部故障是很容易區(qū)分的，如污染的透鏡、沒(méi)有調(diào)準(zhǔn)和機(jī)械設(shè)備的阻擋導(dǎo)致傳感器不能正確顯示。這些功能的操作來(lái)自于監(jiān)控功能的模擬軋鋼功能。
3.9 實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題
在鋼坯即將進(jìn)入下架軋機(jī)之前和剛進(jìn)入下架軋機(jī)不久，本架軋機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化代表兩架之間有推、拉關(guān)系存在。實(shí)際上，一架軋機(jī)轉(zhuǎn)矩在鋼坯進(jìn)入下架軋機(jī)之前和之后的相關(guān)性僅在較短時(shí)間內(nèi)很高。所以，使自由軋制轉(zhuǎn)矩和實(shí)際軋制轉(zhuǎn)矩的取樣時(shí)間盡量靠近，同時(shí)掌握實(shí)際軋制轉(zhuǎn)矩的取樣和微張力調(diào)節(jié)過(guò)程的持續(xù)時(shí)間，以保證使轉(zhuǎn)矩信號(hào)在高相關(guān)性時(shí)把微張力控制完成。
另外，由于每臺(tái)軋機(jī)的各種信號(hào)由調(diào)速裝置經(jīng)高速通訊網(wǎng)絡(luò)傳給plc，由調(diào)速裝置送來(lái)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)需濾除由速度控制所產(chǎn)生的高頻干擾信號(hào)。濾波時(shí)間常數(shù)應(yīng)根據(jù)軋機(jī)的線速度和軋機(jī)之間距離計(jì)算確定。雖然濾波時(shí)間常數(shù)越大或plc控制程序中濾波平均次數(shù)越多所得到的轉(zhuǎn)矩信號(hào)越平穩(wěn)，但得到的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的延遲也越大。并且，若濾波平均次數(shù)過(guò)多，還會(huì)較大地降低程序的運(yùn)行速度，影響微張力控制效果。反之，同樣得不到好的微張力控制效果。所以，微張力的調(diào)整和使用要求是很高的。
應(yīng)用中，造成影響粗軋區(qū)微張力控制的因素是多樣的。主要有:機(jī)架前、后的光電管位置偏移、或者光電管損壞、靈敏度降低等原因造成輥道上軋件定位跟蹤的偏差或錯(cuò)誤;電機(jī)過(guò)流導(dǎo)致的無(wú)法軋制;后繼工藝堆鋼、拉鋼。
4 結(jié)束語(yǔ)
由于采用了微張力控制，大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和成材率，經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用微張力控制模型對(duì)于產(chǎn)品的成材率和合格率都是非常有益的。