武钢冷轧厂平整机速度控制系统

系统与装置武钢冷轧厂平整机速度控制系统孟宪涛王冰贺葛蓬李敏齐柳乐李迟文周珊润（冶金自动化研究院北京１０００７１）（武汉锕铁（集团）公司冷轧厂）摘要介绍武钢冷轧厂平整机的速度控制系统。

叙述ｓ型曲线在平整机速度控制中的应用及实现方法，平整垃程中的自动制动控制原理及实现方法，卷取机速度控制与张力控制的平滑切换，控制系统的构成。

单、双机架乎整机改造后，年产量增加１０万ｔ．产品质量提高，故障率大大降低。

关键词乎整机速度控制ｓ型曲线自动制动平滑切换ＳｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏＪｓｙｓｔｅｍｏｆｓｋｊｎｐａｓｓｍｊ¨ｊｎＣｏｌｄＳｌｒｉｐＲｏｌＪｉｎｇＭｉｌＪｏｆＷｕｈａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏｍｐａⅡｙＭｅｎｇＸ１ａｎ【ａｏＷａｎｇＢｉｎｇｈｅＧｅＰｅｎｇＩ—ｌＭｌ“（Ａｕｔ㈣ＩＩｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｍＩｔｕｔｅｏｆＭｅｔａｌ】ｕｒｇ啪ｌｌｎｄｕ５ｔｒｙＢｅ‘ＪＬ“ｇ１０００７１）ＱｉＬｌｕｌｅＬｌＣｈ愀ｎＺｈｏｕＳｈａｎｒｕｎ（（’ｏｌｄｓｔｒｌｐＲｏ【ＩｌｎｇＭｔｌｌ，ｗｕｈａｎＩ…＆ＳｔｅｄＧｍ“ｐｃｏｍｐａｎｙ）ＡｂｓｔｒａｃｔＳｐｅｅｄｃｏｎ”ｏｌｓｙｓｔ叩ｌｏｆｓｋｉ“ｐａｓｓⅡｌｌｌｌｉｎ（１０ｌｄＳｔ五ｐＲｏｌｌｉ“ｇＭ１１１ｕｆＷｕｈａｎ１ｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏｍｐａｎｙ１８ＩｎｔｒｏｄｕｃｅｄＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｌｕｎａｎｄＩｍｐｌｃⅡｌｃｎＩｏｆＳ—ｓｈａｐｅｃｕｒｖｅｏｆｓｐｃｃｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｋｉｎｐａｓｓｍｌｌｌ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏＩｐｒｌｎｃｌｐｌｅａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｏｆａｕｔｏｎｌａｌｌｃｓＰｅｅｄｄｕｗｎｄｕ—ｎｇｓｋｉｎｐａｓｓｒｏｌｌｉｎｇ，ｔｈｓｍ。

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不管是单机架平整机，还是双机架平整机，在平整（轧制）过程中，根据工艺要求和实际＿＿［况都要进行频繁的升减速操作处理，并且速度控制系统的控制效果直接影响产品的质量和产量。

考虑到单、双机架乎整机的速度控制系统基本相似，本文着重叙述武钢冷轧厂双机架平整机的速度控制系统。

ｌ工艺要求简述权机架平整机主要用于平整Ｏ．１５～０．８ｍｍ的普板和锡板，最大平整（轧制）速度为２０００ｍ／ｍｉｎ，其主要＿［艺参数如下（紧急停车由传动系统控制）。

・正反向点动速度：０～７０ｍ／ｍｉｎ（可调）・穿带甩尾速度：７０ｎｌ／ｍｉｎ－最小运行速度：１００ｍ／ｍｉｎ・平整（轧制）运行速度：１００～２０００ｍ／ｍｉｎ・加速时间：４２～５６ｓ（卷取张力决定加速度的大小）・减速时间：２４～３３ｓ（开卷张力决定减速度的大小）・快速停车时间（有正常带钢张力控制）：≤１５ｓ工艺重点要求：全线平整（轧制）速度给定曲线的起始段和结束段必须是圆滑过渡，即速度给定曲线必须是ｓ型。

２控制原理２．１平整机速度控制简述平整机的速度控制由两部分组成。

－单体设备点动及多设备联合点动速度控收稿ｄ期：１９９皿０墨１３修改稿收到日期：１９９ｑｌｏ＿１１孟宪涛男１９６３年生高级工崔师主要从事自动化控制系统的设计、开发段工程应用。

冶金自动化２０００年第４期・２３・　万方数据系统与装■制：这部分的控制包括单体设备（如开卷机、入口出口张力辊、ｌ机架、２机架、卷取机）的正反向点动、多设备（如开卷机和入口张力辊、ｌ机架和２机架、出口张力辊和卷取机）的联合点动、穿带、甩尾速度控制。

该部分的速度控制均属于点动速度控制，点动速度给定不通过ｓ型曲线给定，正反向点动速度均分为４档固定值给定．本文不予叙述。

・平整（轧制）运行速度控制：这部分的控制包括最小速度控制、升速控制、稳速控制、正常停车控制、快速停车控制、自动制动（减速）控制，率丈将重点叙述这部分的控制原理。

２．２运行速度控制在乎整机的控制中，根据下艺要求及实际工况，要频繁地进行升、减速操作，并且双机架平整机所平整的带材较薄，平整速度较高（最高速度达２０００ｍ／ｍｉｎ），这就要求速度控制系统的控制性能优良。

为达到此目的，本控制系统中，速度控制的输出曲线确定为ｓ型曲线（这也是工艺所重点要求的），即在升速和减速的开始段及结束段，速度给定以圆弧形平滑过渡，从而使实际的速度控制系统不产生超调．升、减速动态过程平稳。

速度及加速度的控制输出曲线如图ｌ所示。

图ｌ速度和加速度曲线示意圈在实际的速度控制处理中，将图ｌ中的￡。

、ｚ，、￡。

、ｆ。

定为等长时间段ｆ。

，并作为一个参数输入，依据升速及减速所对应的最大加、减速度！。

…（最大加速度ｎ…由操作站设定的卷取张力确定，并且不同的卷取张力对应不同的最大加速度值；最大减速度一“…由操作站设定的开卷张力确定，并且不同的开卷张力对应不同的最大减速度值。

这里升、减速过程的ｎ…值不同），就可以推导出“、￡：、￡，、￡。

、￡，、ｆ６各段的加速度和速度函・２４・数，经计算给出速度设定值。

ｆ，＋ｒ：＋ｒ，＝升速时间，对应升速段；ｒ；十￡，十ｆ。

＝减速时间，对应减速段。

升速段的加速度、速度函数表达式如下。

ｆ，段：ｆ：段（１）（２）（３）（４）ｎ２一，一之’（５）ｕ＝ｕ２＋』ｎｄｚ（６）上列各式中，ｎ表示加速度；ｕ。

表示加速开始时的扔始速度；ｕ，表示加速起始段（￡．段）结束时的速度；”：表示匀加速段（ｆ：段）结束时的速度。

同理可推导出减速过程的￡。

、ｆ，、￡。

各段的减速度及速度函数表达式。

在程序处理中，平整线各机组的速度、加速度按上述公式进行给定，即可保证平整过程中的速度平稳。

各种操作所对应的速度控制的相应处理方法：・最小速度最小速度操作有两种情况。

当平整线处于停车（张力已建立）或点动穿带时，将最小速度（１００ｍ／ｍ—ｎ）定为目标速度，按ｓ型曲线升速；当平整线以大于最小速度运行时．将最小速度定为目标速度，按ｓ型曲线减速（减崖过程中可进行稳速处理）。

・升速当平整线处于停车（张力已建立）或点动穿带或最小速度状态时，将操作站设定的速度定为目标速度，按ｓ型曲线升速，或者升到设定值或者进行稳速处理。

－稳速当平整线正在升速或减速时，进行稳速操作，将当前的速度输出值加上或减去一个适当的值，作为新的目标值，使平整机组仍以ｓ型曲线进入稳速状态。

－正常停车当平整线处于升速或稳速状态时，进行停车操作，则将０作为目标速度值，按开卷张力确定的最大减速度以ｓ型曲线减速到停车状态。

・快速停车当平整线处于升速或稳速或减Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｌｃ－ｌＩｎｄｕｓｔｒｙ＾Ⅱｔｏｍ●ｔｉ仰２０∞Ｎｏ４≥　万方数据武钢冷轧厂平整机速度控制系统速状态，进行快速停车操作或因其他联锁条件引起快速停车时，将０作为目标速度值，且以系统允许的最大减速度，按ｓ型曲线减速到停车状态。

・急停当出现急停时，速度系统将全线的速度设为Ｏ，由传动系统进行处理。

２．３自动制动（减速）控制在乎整过程中，当开卷机上的带卷直径减小到一定的值时，整个甲整线就要开始减速到最小速度或减速到停车。

这样做的目的，是为了防止由于操作人员的疲劳操作而导致的高速甩尾，从而避免事故的发生．自动制动就是通过连续地计算开卷机上的剩余带钢长度，用此值和制动距离进行比较，适时地发出减速命令，使平整机组减速到最小速度或停车状态。

当开卷机上的剩余带钢长度减去开卷机上的保留带钢长度（操作站设定）的差值小于或等于制动距离时，即发出减速命令，减速到最小速度或停车状态，在本系统中，是减速到停车状态。

在自动制动过程中，操作人员可按“稳速”按钮，进入稳速状态。

开卷机上的剩余带钢长度和制动距离的计算公式如Ｆ：。

…Ｄ‘一Ｄ；（７）ｏｓｕｒｍ～＾ｌ“＾ｓ。

＝Ｋ２×华‘８’上列两式中，Ｋ．、Ｋ：表示剩余带钢长度和制动距离系数；ｓ。

表示剩余带钢长度；Ｄ表示开卷机上带卷的实际直径；Ｄ。

表示开卷机卷筒的直径；＾表示带钢厚度；ｓ“。

表示制动距离；Ｖ表示当前的实际线速度；Ｖ。

表示最小速度或０；。

表示由开卷张力决定的正在平整带钢的减速度。

２．４卷取机速度控制与张力控制的平滑切换在点动穿带过程中，卷取机工作在速度控制方式，张力建立后卷取机工作在张力（或电流）控制方式。

当卷取机以一定的点动速度卷取（已在卷取机上卷取３～５圈）时，接通出口张力，机架间及卷取机和出口张力辊下辊问产生短时活套，之后再快速崩紧带钢，这对厚带来说关系不大，而对０．１５～Ｏ．２５ｍｍ的薄带来说就很容易拉断带钢，产生这种情况的主要原因是速度控制方式和张力控制方式间的切换不平滑。

本系统的处理方法如下：卷取机点动运行时接通张力的瞬间，采样卷取机的电枢电流，由此电流反推出该值所对应的实际卷取张力，再以此张力为基准，按斜坡方式在此基准上增加卷取张力，从而达到速度到张力控制的平滑切换。

３控制系统的构成武钢冷轧厂单、双机架平整机的速度控制系统均为ＰＬｃ４（单、双机架平整机的速度控制系统在各自的网络中均为ＰＬｃ４）控制系统的一个重要组成部分。

ＰＬｃ４为主令控制ＰＬｃ，该ＰＬｃ用于：全线的主令逻辑控制、全线的运转控制＜各机组的点动控制，最小速度、加减速、稳速、停车、快速停车、急停、穿带、甩尾控制，主轴定位控制等），开卷机、卷取机张力主令给定控制，加、减速的加减速度决定，入口、出口张力辊的张力电流（包括动态补偿电流）控制。

单、双机架的ＰＬｃ４均选用美国Ｍ。

ｄｉｃｏｎ公司的Ｑｕａｎｔｕｍ系列ＰＬｃ，单机的ｃＰｕ选用１４０ｃＰｕ２１３０４，双机的ｃＰｕ选用１４０ｃＰｕ４２４０２，ＰＬｃ４和其他ＰＬＣ、压下控制系统ＬＯＧＩＤＹＮＤ、操作站、传动（ＩｓＡ—Ｄ）间通过ＭＢ＋（ＭｏｄｂｕｓｐＩｕｓ）网进行数据通信。

４结束语武钢冷轧厂单、双机架平整机的电控系统（包括自动化控制系统、传动控制系统、仪表系统），由冶金部自动化研究院于１９９６年１月开始改造。

单机架于１９９７年１月恢复生产，１９９８年８月通过验收。

双机架于１９９７年１２月恢复生产，１９９８年１２月通过验收。

单、双机架平整机改造后，１９９８年增产１０万ｔ，产品质量也上了一个台阶，故障率大大降低。