CN100496781C

CN100496781C - 中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法

Info

Publication number: CN100496781C
Application number: CNB2007101902493A
Authority: CN
Inventors: 王军
Original assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Nanjing Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-11-23
Also published as: CN101161362A

Abstract

本发明涉及一种负荷平衡控制法，是中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，其分别采集的实时的上、下辊电机的转矩实际值，将它们的差值作为一个比例积分调节器的输入偏差，比例积分调节器输出的负荷平衡调节信号，经限幅处理后，仅叠加到上辊电机或下辊电机调速***中转速调节器的转速给定输入端，对上辊电机或下辊电机进行负荷调节，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。本发明的单侧跟随式负荷平衡控制法在实际使用中，能以一侧电机为基准，对另一侧电机负荷进行及时调节、控制，使上、下辊电机的负荷平衡效果极佳。经实际检验，上、下辊电机负荷平衡效果极佳，达到了既简化了负荷平衡控制方法，同时又大大提高了负荷平衡效果的目的。

Description

中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法

技术领域

本发明涉及一种负荷平衡控制法，具体的说是中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法。

背景技术

中板四辊轧机由2台上、下辊主电机分别拖动轧机的上、下工作辊，在轧制钢板的过程中，上、下工作辊之间彼此通过轧件联系在一起。在生产过程中，如果2台主电机间负荷分配不均或相差太大，且电机均处于调速过程中，相互影响，会造成电机负荷剧烈波动，严重时出现电机过载情况，甚至损坏功率元件，导致事故，影响生产。为保证在轧制钢板的过程中，上、下辊主电机负荷分配均匀，出力平衡，转速得到最佳匹配，需在2套上、下辊电机调速***之间增设负荷平衡装置。

传统的负荷平衡控制方法为利用同时在上、下辊电机调速***中转速调节器的转速给定输入端叠加相应的负荷平衡调节信号，其原理为：分别采集实时的上、下辊主电机的转矩实际值，它们的差值作为一个比例积分调节器(PI调节器)的输入偏差，该输入偏差通过PI调节器的比例积分计算，PI调节器输出一个实时的控制信号，该控制信号即为负荷平衡调节信号，负荷平衡调节信号分出两路经相应的极性、限幅处理后，分别叠加到2套上、下辊电机调速***中转速调节器的转速给定输入端，使上、下辊电机转速匹配，减小上、下辊电机之间的转速差，以达到上、下辊电机之间出力均匀，负荷平衡的目的。

根据实际使用的情况来看，传统方法存在缺点，如在某一时刻，下辊电机电枢电流实际值高于上辊电机电枢电流实际值(即下辊电机负荷重)，则叠加到上辊电机调速***中转速调节器的转速给定输入端的负荷平衡调节信号为使上辊电机转速值(绝对值)升高的，而叠加到下辊电机调速***中转速调节器的转速给定输入端的负荷平衡调节信号则为使下辊电机转速值(绝对值)降低的，因为，在整个轧钢过程中，轧件上、下表面的情况(如温度)不可能完全一样，并且是动态变化的，上、下辊电机的负荷情况始终也是动态变化的，如在此刻下辊电机转速值(绝对值)刚好有着下降的趋势(即下辊电机负荷变轻的趋势)，那么，此刻分别叠加到上、下辊电机调速***中转速调节器的转速给定输入端的各自的负荷平衡调节信号将加剧这一趋势的发展，使得由此刻开始的一个时段内的负荷平衡效果变差。利用实时监控***(CITECT软件)对上、下辊电机的电枢电流差进行实时监控，可观察到上、下辊电机的电枢电流差最大可达3000A以上(上、下辊电机的电枢电流的额定值为3700A，允许短时过载的最大电枢电流(堵转电流)设定为6000A)，严重时，甚至出现下辊电机的电枢电流有短时的“倒极性”的现象，即下辊电机的电枢电流显示的极性与应该体现出的极性正好相反。这表明，在这一短的时段内，下辊电机成了上辊电机的负载。因此，从实际使用的情况来看，利用同时在上、下辊电机调速***中转速调节器的转速给定输入端叠加相应的负荷平衡调节信号的方法，效果不理想。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可提高***可靠性，保证生产正常、顺利进行的中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，分别采集的实时的上、下辊电机的转矩实际值，将它们的差值作为一个比例积分调节器的输入偏差，比例积分调节器输出的负荷平衡调节信号，经限幅处理后，仅叠加到上辊电机或下辊电机调速***中转速调节器的转速给定输入端，对上辊电机或下辊电机进行负荷调节，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述的中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，以下辊电机负荷为基准，通过对上辊电机负荷的不断调节，使上辊电机负荷在轧钢过程中，始终跟随下辊电机负荷的变化，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。

前述的中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，对上辊电机的转矩给定进行调节，当上辊电机转矩绝对值小于或大于下辊电机转矩绝对值时，则增加或减小上辊电机转矩给定，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。

前述的中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，以上辊电机负荷为基准，通过对下辊电机负荷的不断调节，使下辊电机负荷在轧钢过程中，始终跟随上辊电机负荷的变化，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。

前述的中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，对下辊电机的转矩给定进行调节，当下辊电机转矩绝对值小于或大于上辊电机转矩绝对值时，则增加或减小下辊电机转矩给定，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。

本发明的优点为：本发明对上、下辊电机调速***之间的负荷平衡控制方法做进一步改进，以上、下辊电机中的一个电机负荷为基准，通过对另一电机负荷的不断调节，使其在轧钢过程中，始终跟随基准电机负荷的变化，达到上、下辊电机之间始终负荷平衡的目的。本发明的单侧跟随式负荷平衡控制法在实际使用中，能以一侧电机为基准，对另一侧电机负荷进行及时调节、控制，使上、下辊电机的负荷平衡效果极佳。经实际检验，上、下辊电机负荷平衡效果极佳，达到了既简化了负荷平衡控制方法，同时又大大提高了负荷平衡效果的目的。

本发明的单侧跟随式负荷平衡控制法，以上、下辊电机中的一个电机负荷为基准，通过对另一电机负荷的不断调节，使其在轧钢过程中，始终跟随基准电机负荷的变化，达到上、下辊电机之间始终负荷平衡的目的；避免了由于上、下辊电机负荷变化趋势的突然改变，而产生在短时内负荷平衡变差的情况。利用实时监控***(CITECT软件)对上、下辊电机的电枢电流差进行实时监控，可观察到上、下辊电机的电枢电流差的波形几乎为一条与时间轴重合的平线(实时波形图的纵轴为电枢电流差轴，横轴为时间轴)，在轧钢过程中，上、下辊电机电枢电流差<300A。这表明，使用单侧跟随式负荷平衡控制法可得到极佳的负荷平衡效果。

附图说明

图1为实施例一在上辊电机转速调节器入口处叠加负荷平衡信号框图。

图2为实施例一实现负荷平衡功能的软件结构图。

图3为实施例二在上辊电机电枢电流调节器入口处叠加负荷平衡信号框图。

图4为实施例二实现负荷平衡功能的软件结构图。

具体实施方式

本发明根据轧钢时，在2台上、下辊电机中，转速高的一侧的电机有带载多的现象，在上辊电机转速|n_上|>下辊电机转速|n_上|时，需适当降低|n_上|；反之，在|n_上|<|n_下|时，则需适当提升|n_上|，使整个轧钢过程中，基本保持|n_上|＝|n_下|，使上辊电机转矩和下辊电机转矩在数值(绝对值)上基本保持相等，即基本保持上、下辊电机负荷均衡。如以下辊电机为基准，当上辊电机转矩绝对值大于下辊电机转矩绝对值时，则适当减小上辊电机转速给定；当上辊电机转矩绝对值小于下辊电机转矩绝对值时，则适当增加上辊电机转速给定。

为了更快速、准确地进行上、下辊电机负荷均衡控制，可直接对电机转矩给定进行调节，如以下辊电机为基准，当上辊电机转矩绝对值大于下辊电机转矩绝对值时，则适当减小上辊电机转矩给定；当上辊电机转矩绝对值小于下辊电机转矩绝对值时，则适当增加上辊电机转矩给定。对电机转矩给定进行调节时，电机转矩给定的增加或减小的幅度不可太大，以保证***的平稳性。

以下两个实施例以采用2台他励直流电动机作为中板轧机上、下辊主电机，利用2套西门子公司SIMADYN D全数字控制装置构成上、下辊主电机调速***(具有独立励磁控制的逻辑无环流双闭环可逆调速***)的中板轧机为例，说明本发明的单侧跟随式负荷平衡功能的实现方法。由于他励直流电动机在励磁电流一定的情况下，电机转矩与电机电枢电流成正比，所以，他励直流电动机在运行过程中，电机电枢电流的变化情况就反映了电机转矩的变化情况，因此，在以下两个实施例中中，采用电机电枢电流信号代替电机转矩信号，以下辊电机为基准，在上辊电机调速***中进行负荷平衡调节，来最终实现负荷平衡功能。负荷平衡控制信号可在转速调节器入口或电枢电流调节器入口处与转速给定信号或电枢电流给定信号叠加。

实施例一

图1是在上辊电机转速调节器入口处叠加负荷平衡信号的结构图，虚线框内即为负荷平衡信号发生部分，负荷平衡调节器的输出为负荷平衡信号，相应的软件结构如图2所示，SIMADYN D全数字控制装置采用CFC图形化编程软件编程，用各种图形化功能块进行编程，在SIMADYN D全数字控制装置所使用的各软件功能块中，R表示数据类型为实数，且各实数量均用百分数表示(与该量最大绝对值比较后的百分数)，对于给定值和反馈值除用百分数表示外，给定值和反馈值的极性要相同，给定值和反馈值之间的偏差计算则在相应的功能块中进行，BO表示数据类型为逻辑量，TS表示数据类型为时间，单位ms。在图2中，对应图1中的虚线部分，下辊电机电枢电流实际值和上辊电机电枢电流实际值分别经过2个PT1滤波功能块滤波后，输入到PIC功能块(负荷平衡调节器，也即比例积分调节器)的第1给定输入端W1和第1反馈输入端X1，下辊电机电枢电流实际值和上辊电机电枢电流实际值的差值(即偏差)经PIC功能块的比例积分运算后，形成负荷平衡控制信号，输出到上辊电机转速调节器的第2给定输入端(上辊电机转速调节器的第1给定输入端输入上辊电机转速给定)，以使上辊电机转速跟随下辊电机转速的变化，达到负荷平衡的目的。对于LVM功能块(极限监视器)的作用则是设置一个下辊电机电枢电流实际值绝对值的“门槛”，或轧制压力信号的“门槛”，当LVM功能块的输入信号超过设置的“门槛”值时，LVM功能块输出为1，代替“轧钢”信号作为PIC功能块的使能信号，使PIC功能块只在轧钢时才工作，即轧钢时产生负荷平衡控制信号；而在上、下辊电机空转时，PIC功能块不工作，即电机空转时不产生负荷平衡控制信号。

在图2中，PT1功能块的X端为信号输入端，Y端为经滤波处理后的信号输出端，T端为滤波时间常数(设为10ms，缺省值为0.0ms)，其余各输入端均设为缺省值(SV端为设置值，缺省值为0.0。S端为设置转换端，缺省值为0；当S＝0时，PT1为一滤波器；如S＝1，则SV设置值由Y端输出)。

PIC功能块的W1端为给定值1信号输入端(缺省值为0.0)，X1端为反馈值1信号输入端(缺省值为0.0)，LU端和LL端分别为输出的上限幅值和下限幅值(分别设为3.0e-2和-3.0e-2，即表示上限幅值和下限幅值分别为3％和-3％，此处e-2表示10^-2，缺省值均为0.0)，KP为比例系数(设为0.2，缺省值为0.0)，TN端为积分时间常数(设为200ms，缺省值为0.0ms)，EN端为调节器使能(该端为1时，PIC功能块才工作)，其余各输入端均设为缺省值(W2端给定值2，缺省值为0.0；X2端为反馈值2，缺省值为0.0；WP端为预控值，即该端可直接输出，缺省值为0.0；SV端为积分器设置值，缺省值为0.0；IC端为积分调节器，缺省值为0；S端为积分器设置，缺省值为0；HI端为保持积分器之值，缺省值为0)；Y端为PI调节器的输出信号端，其余各输出端均未用(YE端为***偏差，YI端为积分器输出值，QU端为调节器处于上限幅，QL端为调节器处于下限幅)。

LVM功能块是一个具有滞环传递特性的功能块，其X端为输入信号，M端为区间平均值(设为缺省值，缺省值为0.0)，L端为区间极限(设为4.0e-2，对应4％，缺省值为0.0)，HY端为滞环(设为2.0e-2，对应2％，，缺省值为0.0)；QU端为所用的LVM功能块的信号输出端，在输入量大于区间时输出1(有效)，即在X增大时，当X>(M+L)，则QU＝1，在X减小时，当X<(M+L-HY)，则QU＝0；其余各输出端均未用(QM端为输入量在区间之内有效；QL端为输入量在小于区间时有效)。

本实施例中，负荷平衡调节器(PIC功能块)的输出信号实际是给上辊电机转速调节器施加了一个附加给定，因此，该附加给定幅度不宜过大，要求PIC功能块输出信号的上限幅值(LU端)≤10％，下限幅值(LL端)≥-10％。

实施例二

图3是在上辊电机电枢调节器入口处叠加负荷平衡信号的结构图，虚线框内即为负荷平衡信号发生部分，由于电枢电流环与转速环相比，电枢电流环的调节速度快得多，为了防止负荷平衡信号在单位时间内变化过大，对***形成较大冲击，使***有良好的稳定的运行性能而设置一个积分器，它可将阶跃信号转变为斜坡信号，可使负荷平衡信号较为平缓地变化，该积分器的输出即为负荷平衡信号。图4是与图3相应的软件结构，除了增加一个RGJ功能块(积分器)外，其余部分与实施例一相同，最终，RGJ功能块的输出信号与上辊电机转速调节器输出信号叠加后，到上辊电机电枢电流调节器的给定输入端，以使上辊电机转矩跟随下辊电机转矩的变化，达到负荷平衡的目的。

RGJ功能块的X端为输入信号，LU端为上限幅值(设为1.0，即100％，缺省值为0.0)，LL端为下限幅值(设为-1.0，即-100％，缺省值为0.0)，TU端为斜坡上升时间(设为10ms，缺省值为0.0ms)，TD端为斜坡下降时间(设为10ms，缺省值为0.0ms)，CF端为输出等于输入(设为1，缺省值为0)，EN端为使能(设为1，缺省值为0)，其余各输入端均设为缺省值(NRM端为标准化积分器系数，缺省值为1.0；EV端为控制偏差，缺省值为0.0；SV端为设置值输出，缺省值为0.0；ASV端为加速度设置值，缺省值为0.0；WD端为控制偏差加权值，缺省值为0.0；TRU端为斜坡上升时的圆弧时间，缺省值为0.0ms；TRD端为斜坡下降时的圆弧时间，缺省值为0.0ms；CU端为上升，缺省值为0；CD端为下降，缺省值为0；ULR端为已到达上限幅，缺省值为0；LLR端为已到达下限幅，缺省值为0；RQN端为圆弧起作用，缺省值为0；SA端为设置加速度，缺省值为0；S端为设置，缺省值为0)；Y端为RGJ功能块的信号输出端，其余各输出端均未用(YA端为加速度值，YB端为加加速度值，QE端为输出Y等于输入X，QU端为上限幅值已达到，QL端为下限幅值已达到)。

本实施例中，负荷平衡调节器(PIC功能块)的输出信号经RGJ功能块处理后，RGJ功能块的输出信号实际是给上辊电机转速调节器施加了一个附加给定，因此，该附加给定幅度不宜过大，要求最终该输出信号的上限幅值≤10％，下限幅值≥-10％，可在PIC功能块的LU端和LL端实施，也可在RGJ功能块的LU端和LL端实施；由于电机的电枢电流环的调节过程是ms级的，故RGJ功能块的斜坡上升时间(TU端)和斜坡下降时间(TD端)宜≤10ms。

除了上述两个实施例以下辊电机为基准，对上辊电机负荷进行及时调节、控制，实现上、下辊电机的负荷平衡以外，也可做成以上辊电机为基准，对下辊电机负荷进行及时调节、控制，来实现上、下辊电机的负荷平衡，其原理是一样的。

本发明的单侧跟随式负荷平衡控制法除了可用于采用2台他励直流电动机拖动的中板四辊轧机的电机调速***中，也可用于采用2台交流同步电动机拖动的中板四辊轧机的电机调速***中。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，其特征在于：分别采集的实时的上、下辊电机的转矩实际值，将它们的差值作为一个比例积分调节器的输入偏差，比例积分调节器输出的负荷平衡调节信号，经限幅处理后，仅叠加到上辊电机或下辊电机调速***中转速调节器的转速给定输入端，对上辊电机或下辊电机进行负荷调节，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。

2.如权利要求1所述的中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，其特征在于：以下辊电机负荷为基准，通过对上辊电机负荷的不断调节，使上辊电机负荷在轧钢过程中，始终跟随下辊电机负荷的变化，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。

3.如权利要求2所述的中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，其特征在于：对上辊电机的转矩给定进行调节，当上辊电机转矩绝对值小于下辊电机转矩绝对值时，则增加上辊电机转矩给定，当上辊电机转矩绝对值大于下辊电机转矩绝对值时，则减小上辊电机转矩给定，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。

4.如权利要求1所述的中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，其特征在于：以上辊电机负荷为基准，通过对下辊电机负荷的不断调节，使下辊电机负荷在轧钢过程中，始终跟随上辊电机负荷的变化，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。

5.如权利要求4所述的中板四辊轧机单侧跟随式负荷平衡控制法，其特征在于：对下辊电机的转矩给定进行调节，当下辊电机转矩绝对值小于上辊电机转矩绝对值时，则增加下辊电机转矩给定，当下辊电机转矩绝对值大于上辊电机转矩绝对值时，则减小下辊电机转矩给定，使上、下辊电机之间达到负荷平衡。