左懷龍，錢 華，林 剛

（寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江寧波 315807）

0 引言

不銹鋼光亮機(jī)組是主要生產(chǎn)光亮板的生產(chǎn)線，立式爐是生產(chǎn)線的重要組成部分（圖1）。爐子的入口密封輥電機(jī)處于工藝3#張緊輥組以及爐子系統(tǒng)之間，用于控制張緊輥組與入口密封輥之間的張力以及速度以及入口密封輥與爐子與張力的穩(wěn)定起到關(guān)鍵的作用，主要設(shè)備有入口密封輥電機(jī)、齒輪箱、電機(jī)與雙向軸齒輪箱接手、變頻器等。

以某冷軋不銹鋼廠光亮退火機(jī)組為例，分析入口密封輥電機(jī)的傳動控制原理。入口密封輥電機(jī)原先采用編碼器反饋的速度控制方式。由于機(jī)組新增氫氣回收項(xiàng)目，入口密封輥電機(jī)重新擴(kuò)容選型，取消了編碼器控制，安裝位置調(diào)整至處于3#張緊輥組和新增氫回收系統(tǒng)之間?？紤]到速度同步的問題，速度控制方式在停機(jī)和加減速過程中容易產(chǎn)生堆鋼，運(yùn)行過程中帶鋼和輥面之間存在一個真空未完全接觸的情況，實(shí)際張力沒有完全建立。綜合考慮認(rèn)為，轉(zhuǎn)矩控制更適合改為入口密封電機(jī)。

圖1 立式爐

1 傳動控制分析

該入口密封輥電機(jī)功率為5.5 kW，電機(jī)電流11 A，機(jī)齒輪箱減速比為18.6；輥?zhàn)虞亸綖?50 mm。

1.1 速度控制原理

入口密封輥電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制下的速度給定主要是線速度給定：通過選擇器，機(jī)組運(yùn)命令發(fā)出，會將機(jī)組的工藝主速度給定送到加法器，在此基礎(chǔ)上增加一個最小0.5 m/min 的附加速度（此速度為工藝速度的0.1 倍）；再通過一個選擇器，并通過線速度轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式，經(jīng)過限幅以及斜坡，之后將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速當(dāng)量計(jì)算；通過限幅，再經(jīng)過實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化為整數(shù)，將整數(shù)轉(zhuǎn)速當(dāng)量發(fā)給變頻器，作為速度最終給定，用于CAN-BUS（ControllerAreaNetwork-BUS，控制器局域網(wǎng)總線技術(shù)）通信的控制字（圖2）。其中，部分參數(shù)見表1。

圖2 速度控制

表1 部分速度參數(shù)的注釋及數(shù)值

以當(dāng)前機(jī)組工藝線速度34 m/min 為例，入口密封輥速度控制介紹如下。

（1）入口密封輥轉(zhuǎn)速給定。V_REF=34 m/min，入口密封輥電機(jī)線速度V 根據(jù)圖2，在工藝線速度加了一個附件速度，則V=V_REF+V_REF×0.1，因此V=33.80+33.80×0.1=37.18 m/min。將入口密封輥電機(jī)計(jì)算得出的線速度轉(zhuǎn)換成入口密封輥電機(jī)轉(zhuǎn)速n，因?yàn)閂=w×r，即V=π×D×n/i。因此n=V×i/D=（37.18×18.6）/（π×0.25）=888.50 r/min。

（2）入口密封輥轉(zhuǎn)速給定轉(zhuǎn)換成最終速度給定V_REF2。入口密封輥的實(shí)際轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速Nn，根據(jù)計(jì)算公式，轉(zhuǎn)速給定V_REF2=n×8192/Nn，因此V_REF2=888.50×8192/1500=4852.39 r/min。取整數(shù)，V_REF2=4852 r/min。

1.2 轉(zhuǎn)矩控制原理

入口密封輥電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制方式，轉(zhuǎn)矩用T 來表示，電機(jī)轉(zhuǎn)矩的給定計(jì)算如下：T_total ref=T_normal+T_acc+T_loss。其中，T_total ref 為總的轉(zhuǎn)矩給定，T_normal 為速度控制器輸出的轉(zhuǎn)矩，T_acc 為加速度轉(zhuǎn)矩，T_loss 為損耗補(bǔ)償力矩，部分參數(shù)見表2。

表2 部分轉(zhuǎn)矩參數(shù)的注釋及數(shù)值

以當(dāng)前機(jī)組工藝線速度34 m/min 為例，轉(zhuǎn)矩控制計(jì)算介紹分別如下。

（1）加速度轉(zhuǎn)矩。當(dāng)前機(jī)組恒速運(yùn)行時(shí)，由于DIFF 塊輸出的角加速度為0 rad/s，轉(zhuǎn)矩=角加速度Na×轉(zhuǎn)動慣量?？驁D計(jì)算T_acc=0×0.045=0 N·m；如果有升降速，通過T_acc=N×0.104 7 計(jì)算出當(dāng)前的加速度Na，再通過轉(zhuǎn)矩T_acc=Na×0.045 計(jì)算即可。

（2）損耗補(bǔ)償力矩。不同的轉(zhuǎn)速對應(yīng)不同的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值（表3）。其中，X 代表當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值，Y 代表當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩值。

（3）克服損耗電機(jī)需要出的轉(zhuǎn)矩。當(dāng)前工藝速度34 m/min，轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速，根據(jù)上述速度計(jì)算出入口密封輥電機(jī)的轉(zhuǎn)速為888.50 r/min，根據(jù)轉(zhuǎn)矩?fù)p耗補(bǔ)償表，程序計(jì)算出對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩計(jì)算T_loss 為9.03 N·m。

（4）克服爐內(nèi)帶鋼的重量所出的力矩。根據(jù)SWITCHP 塊的定義，當(dāng)P>TH+DB/2，輸出O=I2；當(dāng)P≤TH-DB/2，輸出O=I1；因?yàn)楫?dāng)前TH 設(shè)置0.1，DB 設(shè)置0，正常生產(chǎn)時(shí)速度至少為5 m/min，即P>TH+DB/2>0.05，因此輸出0=I2，取I2 為12 N·m，工作轉(zhuǎn)矩T_normal 根據(jù)上述框圖公式T_normal=X×Y/Z，X=I2=12 N·m，Y=S=W×T（W×T 為在線帶鋼寬度與厚度的乘積），所以S=0.479×1200=574.8。

表3 力矩?fù)p耗參數(shù)

根據(jù)MAX 塊定義，實(shí)際S 的值574.8 與1000 比較后取較大值，因此S=1000，代入計(jì)算

T_normal=12×S/2700=12×1000/2700=4.44 N·m。

（5）入口密封輥電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩。入口密封輥電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩為T_total ref=T_normal+T_acc+T_loss。

綜上，以機(jī)組速度34 m/min 為例，T_normal=4.4 N·m，勻速的T_acc=0，T_loss=9.03，代入公式計(jì)算得T_total ref=9.03+0+4.44=13.47 N·m。

2 控制軟件分析

該光亮退火線控制系統(tǒng)為ALSTOM 公司的P80C 控制系統(tǒng)，入口密封輥電機(jī)的速度和張力控制軟件功能如下：①電機(jī)額定速度為0～1500 r/min；②入口密封輥的力矩限幅為-36～36 N·m；③力矩?fù)p耗補(bǔ)償速度范圍為-592～1710 r/min；④力矩?fù)p耗補(bǔ)償力矩范圍為-8.36～9.9 N·m。

2.1 程序讀取數(shù)據(jù)收集的方法和目的

在P80C 控制程序中，找到入口密封輥控制的速度給定和轉(zhuǎn)矩給定控制程序，收集不同帶鋼規(guī)格下的速度和轉(zhuǎn)矩控制數(shù)據(jù)，通過收集不同規(guī)格的帶鋼數(shù)據(jù)，找出入口密封輥的速度和張力給定與帶鋼規(guī)格之間的關(guān)系。

2.2 不同帶鋼規(guī)格下的速度和張力數(shù)據(jù)

爐子長度為2700 cm 時(shí)，不同帶鋼規(guī)格下的速度和張力數(shù)據(jù)見表4。

由表4 可以看出：①隨著帶鋼寬度和厚度二者乘積值的增加，入口密封輥電機(jī)克服爐內(nèi)帶鋼的重量所出的正常轉(zhuǎn)矩T_normal 也隨之增加；②由于隨著帶鋼厚度的增加，機(jī)組速度相應(yīng)降低，入口密封輥電機(jī)所對應(yīng)的損耗補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩隨其速度的增加而減??；③入口密封輥電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩給定隨著帶鋼寬度和厚度乘積值的增加而增加。

3 日常點(diǎn)檢以及檢修維護(hù)重點(diǎn)

綜上所述，光亮線爐子入口密封輥傳動的主要控制設(shè)備有入口密封輥電機(jī)、電機(jī)齒輪箱、萬向接手、入口密封輥電機(jī)變頻器，這些設(shè)備的主要維護(hù)保養(yǎng)重點(diǎn)如下。

（1）電機(jī)的日常點(diǎn)檢要做到保證電機(jī)本體的清潔，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常、無異音。

（2）電機(jī)的本體溫升和振動是否正常，電機(jī)負(fù)載側(cè)和非負(fù)載側(cè)溫升標(biāo)準(zhǔn)在環(huán)境溫度40 ℃以內(nèi)，本體振動包括前端和后端的垂直和水平振動，標(biāo)準(zhǔn)在2.8 mm/s 范圍內(nèi)。

表4 不同帶鋼規(guī)格下的速度和張力

（3）變頻器的點(diǎn)檢要做到定期使用面板查看變頻器有無異常報(bào)警信息，變頻器的IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）溫度值以及電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和電流實(shí)際值是否在正常范圍內(nèi)。

（4）定期對電機(jī)負(fù)載側(cè)和非負(fù)載側(cè)軸承進(jìn)行更換，更換周期一般為3 年，防止由于軸承卡阻和疲勞老化影響入口密封輥電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩控制。

4 結(jié)束語

以國內(nèi)某不銹鋼公司光亮退火線為例，介紹了工藝段入口密封輥傳動速度和轉(zhuǎn)矩控制原理，并通過控制程序，分析入口密封輥電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度控制與帶鋼規(guī)格之間的關(guān)系。另外，還結(jié)合個人的工作經(jīng)驗(yàn)，介紹了入口密封輥速度和轉(zhuǎn)矩控制相關(guān)設(shè)備的日常點(diǎn)檢和檢修維護(hù)要點(diǎn)。