王熙濤，劉靖

（1.遷安首信自動化信息技術有限公司，河北遷安064400；2.遷安市思文科德薄板科技有限公司，河北遷安064400）

在熱連軋機組軋制過程中，主軋機在咬鋼時會有沖擊速降，導致軋機在咬鋼瞬間出現(xiàn)拉鋼現(xiàn)象，同時會造成軋機速度波動，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。遷鋼1 580 mm 熱軋采用日本TMEIC-70 裝置驅(qū)動主電機，TMEIC-70設備有沖擊補償功能，解決了沖擊速降對軋鋼的影響，在生產(chǎn)應用過程中效果良好。

1 1 580 mm熱軋主傳動系統(tǒng)

遷鋼1 580 mm 熱連軋機2009 年末投入生產(chǎn)，采用先進的控制工藝、先進的設備。軋線粗軋區(qū)域有R1和R22架主軋機，并且軋機前分別有立輥E1和E2。精軋區(qū)域由F1～F77 架連軋機組成。1 580 mm 熱連軋主傳動機組R1，R2，F(xiàn)1～F7都采用的是日本TMEIC-70系列交-直-交變頻器，TMEIC-70設備是一種全數(shù)字矢量控制交流電機驅(qū)動系統(tǒng)。TMEIC-70 設備采用3 級IEGT 整流器，這種控制可以使功率因數(shù)達到1.0，并能獲得極小的高次諧波電流。同時采用3 級逆變器，3級PWM 控制使輸出電壓近似正弦波形，減少高次諧波，減少轉(zhuǎn)矩波動。這些主傳動系統(tǒng)功率器件都采用純水系統(tǒng)進行冷卻。根據(jù)主電機功率不同，傳動設備采用不同的驅(qū)動方式，R1主電機采用的是單組配置驅(qū)動方式，R2，F(xiàn)1～F7主軋機采用的是雙組配置驅(qū)動方式，如圖1所示。

圖1 雙組配置Fig.1 Double group configuration

2 沖擊速降的原理及控制系統(tǒng)的補償方法

2.1 沖擊速降

在軋機的軋制過程中，當軋機由空載運行到負載時，負載轉(zhuǎn)矩ML視為階躍擾動，負載轉(zhuǎn)矩等于MN，根據(jù)電機動力學方程可得：

可以得到在此軋制擾動下的速降：

式中：TS為電機電磁轉(zhuǎn)矩響應時間；GD2為轉(zhuǎn)動慣量。

熱連軋主傳動機組在咬鋼的瞬間都存在沖擊速降，沖擊速降的大小因傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能、機械傳動特性而不同，一般說來MN/GD2越大則沖擊速降Δn越大，同時沖擊速降恢復時間和系統(tǒng)響應時間有關。

2.2 TMEIC傳動控制系統(tǒng)的沖擊速降補償原理

TMEIC-70 傳動設備采用預補償技術，當軋機在咬鋼之前，會有一個很小的速度補償量發(fā)給傳動裝置，這個補償量為軋機速度的5%～10%。這個補償速度與軋機正常軋制速度疊加形成傳動裝置最終的速度給定。當軋機咬鋼后，傳動電磁轉(zhuǎn)矩絕對值達到裝置的帶載設定值時，就會撤掉這個補償量。

圖2 為TMEIC-70 裝置內(nèi)部沖擊補償原理圖，1級自動化會根據(jù)物料所在位置，在軋機咬鋼前，通過通訊字分別發(fā)來沖擊速降補償指令（IMPIL）和速度補償值（DT_IPM_REF）。速度補償值是否疊加到正常的軋機速度給定上（SP_REF1為1級自動化發(fā)給傳動裝置正常軋鋼速度），還要看傳動裝置電磁轉(zhuǎn)矩給定（TR）絕對值的大小。圖2 中DTLR_ONL為傳動裝置判斷是否帶載的轉(zhuǎn)矩設定值，DTLR_OFL為傳動裝置判斷是否卸載的轉(zhuǎn)矩設定值。當電磁轉(zhuǎn)矩（TR）從小變大，絕對值大于DTLR_ONL時，傳動裝置認為帶載；當電磁轉(zhuǎn)矩（TR）從大變小，絕對值小于DTLR_OFL時，傳動裝置認為是不帶載。在軋機咬鋼前，軋機負載小，裝置輸出轉(zhuǎn)矩小，電磁轉(zhuǎn)矩（TR）取絕對值后沒有超過DTLR_ONL，判斷是否帶載模塊輸出邏輯為0，邏輯取反后與沖擊速降補償指令（IMPIL）的邏輯與值為1。所以速度補償量會經(jīng)濾波后（值為DTIMP_T）加在原有軋機速度給定（SPREF1）上，形成最終速度給定SPR（SPR為傳動裝置最終的速度給定）。當軋機咬鋼后，傳動裝置電磁轉(zhuǎn)矩給定（TR）變大，當TR的絕對值大于DTLR_ONL的設定值后，判斷是否帶載模塊輸出邏輯為1。再經(jīng)過內(nèi)部邏輯取反后與自動化的補償命令的邏輯與值為0，使沖擊速度補償值為0。傳動裝置內(nèi)部通過判斷是否帶載來取消速度補償值，是為了能在軋機咬鋼的瞬間撤掉速度補償值，來保證沖擊速降速度補償值的使用效果，同時1 級自動化也會在軋機帶載時撤掉補償命令和補償值。圖2 中SPR為SPREF1經(jīng)過斜坡調(diào)節(jié)后速度給定，當軋機反轉(zhuǎn)后，SPRB為負值，使沖擊速度補償值取反后加在速度給定上。

圖2 沖擊速降補償原理圖Fig.2 The diagram of impact speed droop compensation principle

圖3 為有沖擊速降補償?shù)腞2主軋機軋鋼波形圖，其中圖3d 為自動化發(fā)過來補償值波形；圖3c是沖擊補償指令IMPIL所在的控制字的波形；圖3a是傳動裝置的最終速度給定波形，在軋機咬鋼前是正常速度給定（SPREF1）和補償值（DTIMP_T）的和，當軋機咬鋼時，電磁轉(zhuǎn)矩（TR）增加，傳動裝置撤掉補償值（DTIMP_T）。軋機安裝正常速度給定軋制，保證了軋機咬鋼時的穩(wěn)定性。圖3中0～20 s為R2軋機第1 道次正向軋制，速度給定（SPREF1）為正，電磁轉(zhuǎn)矩（TR）為正，20～40 s 為軋機第2 道次反向軋制，速度給定（SPREF1）為負，電磁轉(zhuǎn)矩（TR）為負，由圖2 可知，當SPRB小于0 時，沖擊速降補償值DTIMP_REF取反，使DTIMP_T以負補償值形式加在速度給定SPREF1上，形成最終速度給定SPR。

圖3 有“沖擊速降補償”的軋鋼波形圖Fig.3 Rolling waves with impact speed droop compensation

3 沖擊速降補償?shù)男Ч?/h2>

軋機在軋制擾動情況下的傳動性能指標一般采用速降當量AM進行衡量。AM又稱為動態(tài)偏差面積，對于AM的計算方法很多，在實際工程中常規(guī)的計算方法有矩形面積和三角型面積。在TMEIC 傳動系統(tǒng)中以三角形面積法計算AM來驗證補償效果。理想效果是AM為0.25%S。圖4 為軋機沖擊速降圖。

圖4 軋機沖擊速降示意圖Fig.4 Schematic diagram of impact speed droop

圖4 中，t 為下降時間，tr為沖擊響應恢復時間，Δvd為沖擊速降。

沖擊速降當量AM的計算公式為

式中：Td為下降時間。

在軋制過程中，傳動裝置可用波形采集工具對速度波形和相關變量的波形進行采集，用較小的采樣周期就可以采集到軋機在沖擊速降時速度的瞬間波形變化。其中SPREF1是1級自動化發(fā)給傳動裝置正常的軋鋼速度給定，SPF為軋機的速度反饋，有速度補償時，速度反饋（SPF）反饋值為SPREF1與速度補償值（DTIPM_REF）之和。撤掉速度補償后，速度反饋為速度給定（SPREF1）的值，波形如圖5所示。

圖5 沖擊速降時速度瞬間變化波形Fig.5 Speed transient waveform of impact speed droop

用圖5 中記錄的數(shù)據(jù)可以根據(jù)式（3）計算采用沖擊速降補償時AM為0.264%S，接近理想值0.25%S?？梢姏_擊速降補償?shù)膽眯Ч@著。

4 結(jié)論

1 580 mm熱軋主傳動設備采用沖擊補償后，增強了傳動系統(tǒng)的抗干擾能力，提高了熱連軋機組軋制的穩(wěn)定性。

［1］ 李崇堅，段巍.軋機傳動交流調(diào)速機電振動控制［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

［2］ 朱英韜，張竟祥，董君祥.棒線材連軋動態(tài)速降的研究［J］.電氣傳動自動化，2002，2（5）：16-17.