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　　本鋼闆材股份有限公司采購中心的研究人員胡冰，在2016年第9期《電氣技術》雜志上撰文，針對酸軋機組生産線特點，結合工程項目情況介紹了酸機組自動控制系統的設備組成和控制方式，該系統的核心控制功能包括張力控制、自動闆型控制、自動厚度控制。

　　系統已成功應用于國内某酸軋機組生産線，運行穩定可靠，提高了整個産線的自動控制能力。

　　随着國内現有生産線能力的擴大和一大批新建生産線的投産，冷軋帶鋼市場已經出現嚴重的産能過剩、供大于求的現象，要在激烈的競争中占領市場，必須進一步降本增效，提高質量。冷軋技術[1]和工藝的日趨成熟，在軋制技術上尋求突破已很難提高産品質量，因此冷軋的上一道工序酸洗越來越被重視。

　　本文以國内某酸軋機組生産線的酸洗過程自動控制系統為背景，介紹軋制過程中的調節原理和簡述該生産線的主要電控系統。

　　1 軋制調節原理

　　本節重點說明張力控制、自動闆型控制、軋機自動厚度控制的技術原理。

　　1.1 張力控制

　　在帶鋼正常軋制過程中，根據工藝的需要，帶鋼張力應保持恒定，這是張力控制的基本要求，因此該功能提供軋機機架間帶鋼張力水平控制。測量張力的方法是在張力輥軸承下面安裝壓力傳感器，測出張力輥承受的壓力，再根據力的平衡條件計算出張力的大小。

　　機架間張力控制有兩個模式。如果滿足所有的轉換标準，那麼每個機架間的張力控制模型可以被轉換。初始化機架速度和軋制力設定來自于軋機設定功能。

　　圖1 兩個機架間張力控制原理圖

　　張力由速度變換點下遊機架速度調節。變換點由上遊和下遊張力确定，上遊張力調節是從速度控制模式轉換成軋制力控制模式。當控制滿足變換标準時，速度控制模式停止，自動轉變成軋制力控制模式，此時調節軋制力的恒定來保持帶鋼張力力度[2]。

　　在調試過程中軟件調節範圍外的張力調節器不允許改變軋制力調節參數。當帶鋼從開卷機到卷取機穿帶完成後，系統首先建立靜張力，靜張力的設定值由系統根據穩定運行時機組張力的百分比給定。建立靜張力過程時，開卷機順時針方向旋轉，卷取機拉緊帶鋼，帶鋼張力達到給定值後，開卷機處于靜止賭轉狀态。

　　當控制系統接收到機組的運行指令後，開卷機和卷取機同時逆時針方向旋轉。此時開卷機速度給定值的方向為逆時針方向，速度給定值的大小低于卷取機給定值，使開卷機速度滞後卷取機的速度，因此機組加速過程實質是卷取機拖動開卷機加速旋轉。

　　最優閉環控制是在使用張力控制來防止闆型問題和帶鋼斷帶的厚度控制，同時也包括高配置的張力死區來執行張力限位類型控制來調節機架速度。但有時涉及到帶鋼模式，小下壓量模式用于末架在生産一些産品時需要采取很小的壓下量的情況。軋機設定參數維持速度模式控制末架張力調節來完成整個産品的生産。

　　1.2 軋機自動厚度控制

　　自動厚度控制是使用機架軋制力和速度，通過一個或者多個速度傳感器的反饋值來控制帶鋼厚度，最優化的厚度控制需要将合适的傳感器放置在正确的位置執行多回路控制。在上遊機架的厚度控制要比稍後機架的厚度控制有效率。

　　主要控制類型描述如下：

　　（1）前饋AGC是在到達軋制位置前提前測量來料帶鋼偏差并追蹤将要采取校正動作的軋制位置。對應機架需要一個上遊測厚儀。調節包括輥縫，上遊機架速度，或者兩者同時。例如，通過1機架S1出口測厚儀X1測量達到的帶鋼厚度誤差被采樣并追蹤到2機架S2軋制位置。當帶鋼對應段臨近S2軋制位置，适當的誤差校正将到達S1的速度。同時相應的在s2發生交互的輥縫控制來維持機架張力調節；

　　（2）反饋AGC是反饋控制測量一個機架出口的帶鋼厚度偏差并使用該信息來進行上遊調節。通過一個适當的函數，将機架出口厚度偏差乘以超差的數量。結果作為機架需要改變的輥縫位置的控制信号。調節器補償給位于機架内設備和儀表的執行單元。

　　一些厚度偏差無法由前饋控制系統檢測，而且又無法及時的通過反饋系統糾正。這些偏差包括來料硬度的變化，加速過程中由于軋制方式和軋制摩擦的改變造成的打滑。秒流量控制要求在軋制一段距離後等于機架出口厚度。這就通過避免帶鋼到達下遊測厚儀前等待過程中的傳遞誤差達到提高AGC性能的目的，需要一個入口測厚儀和速度計以及一個出口測厚儀。

　　簡單來說，秒流量就是進入軋機的等于從軋機出來的，在寬度不變的情況下：

　　秒流量公式所需要的信息包括上遊和下遊的測厚儀提供所需要的厚度值，根據速度計計算的入口和出口的長度。如果出口速度計故障，系統根據自适應秒流量控制和前滑值計算出口長度。前滑通過比較計算厚度和出口測厚儀的測量厚度進行自動更新。

　　2 電氣設備與系統組成

　　2.1 傳動系統組成

　　5架軋機的傳動裝置主要有5台主驅動器、143台調速電機、定速電機和加熱器等裝置共計271台、連接的總負載61514kW/h。機架No.1由一台主驅動電機傳動，電機的主要參數為：額定功率5470kW、電壓1890/2020V、電流1890/1850A、轉數297/913rpm、功率因素92%/89%；機架No.2-No.5的驅動電機參數均為：額定功率7800kW、電壓2700/2880V、電流1890/1810A、轉數424/1300rpm、功率因素92%/90%。

　　電機類型均是TMdrive-70e2，它是一種全數字化矢量控制的三電平的脈沖寬度調制（PWM）變換器（交流轉換直流）和逆變器（直流轉換交流）電機驅動系統，對大型的軋機電機驅動系統來說是完美的選擇。注入增強栅晶體管（IEGT）使一個電壓驅動功率器件具有低電壓和高速轉換能力。考慮到應用需求，總體來講，它既适用于鼠籠型感應電動機也适用于同步電動機的應用需求。

　　2.2 基礎自動化系統組成

　　基礎自動化系統是用東芝三菱電氣現金的控制解決方案實現，系統的構架圖是用來描述典型的主要過程控制系統，通常使用的控制系統結構包括軟件功能層次結構，由指定的一個級别描述。設施根據它們自己的特殊需要使用軟件功能層次架構中的不同級别。

　　所提供的特定設備和功能将用于指定的其它地方。而過程控制中一級提供了對過程電氣設備、液壓和氣動執行器的直接控制。閉環工藝控制，各種位置調節器，測序和設備保護功能都包含在這一級中。通過各個區域啟動設備運行的物料微跟蹤，為2級宏跟蹤功能提供支持。

　　二級提供了熟悉過程模型和複雜的工藝功能加上準實時控制功能所需的軟件基礎。在工廠運行期間，2級提供給過程控制（1級）參考值，接收程序反饋用于模型更新，宏跟蹤，數據采集和報告。有限的閉環控制功能也包括在2級裡[3]。

　　2.3 過程自動化系統組成

　　過程自動化系統通過四部分網絡與以下系統通訊。高可用性解決方案提供了一種增強系統在線實用性的方法。

　　具體方案如下：我們将提供具有很高連續性的Stratus FtServer-W服務器作為這個系統的2級服務器。在一個組件發生故障時，冗餘系統備用件組件，從而保證繼續工作，避免停機。二級系統由2套FtServer服務器組成，每套FtServer服務器有雙冗餘。

　　控制局域網通訊和變更檢查子系統提供二級系統與TMEIC主控制局域網的通訊。該控制局域網是二級系統與由控制器和驅動器組成的一級系統間主通訊路徑。該子系統可以讀取和寫入局域網，并能監視某些信号的更改。用于每個控制産品應用程序可以進行獨立配置。配置在産品重新啟動後生效[4]。

　　2.4 宏觀跟蹤和微觀跟蹤概述

　　通常采用宏觀跟蹤和微觀跟蹤兩種基本跟蹤類型[5]。宏觀跟蹤是為了确定帶鋼在過程區域的特定邏輯區域内。被跟蹤的每個過程區都有一個功能名，可以再分為幾個區。在區域内的位置信息未知。

　　也就是說，在一個10米的區域内隻有闆坯進入和離開該區域時才能知道帶頭的位置。宏觀跟蹤通常通過二級計算機完成，并可通過識别區界線支持微觀跟蹤。宏跟蹤區域是從入口步進梁到出口步進梁。微觀跟蹤不斷确定材料指定部分的位置。

　　例如，連續跟蹤帶頭後1米的某點位置，當該點到達指定位置後啟動剪切操作[6]。微觀跟蹤通常在一級控制器内完成，傳送傳感器數據支持宏觀跟蹤。

　　3 結束語

　　該工程目前已投入試生産階段，運行正常，理論和實踐證明，全數字化矢量控制的三電平的脈沖寬度調制驅動系統應用于軋鋼主傳動，取代其它調速系統，是完全可實施的技術方式，特性指标可達到并超過其它系統，将大大減少設備的維修和維護量，有利于節省能源，提供生産，是國内外酸軋機組電氣設備選型和發展的趨勢。

　　随着計算機和電氣自動化技術的發展，通過兩化融合推進産線過程控制系統的的建設，持續提升基礎設施，鋼鐵行業的自動化水平會更上一層樓。

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