CN105425845B - 一种基于6ra80直流调速器实现上下辊负荷平衡控制的方法 - Google Patents

一种基于6ra80直流调速器实现上下辊负荷平衡控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于6RA80直流调速器实现上下辊的负荷平衡控制方法，步骤如下：首先启动上下辊电机，分别记录电枢电流I上和I下，并计算电流差值绝对值|ΔI|；然后判断|ΔI|是否大于3％·I上；如果是，计算附加速度给定的微调量Δn；否则，不进行任何调节；接着判断|ΔI|中的ΔI是否大于0，如果是，将上辊的速度给定值减去附加速度给定，得到上辊电机的转速值n上，否则，下辊的速度给定值减去附加速度给定，得到下辊电机的转速值n下；最后，判断上下辊电机的转速差值绝对值|n上‑n下|是否大于1％·|n* 上|；如果是，减速换一对新的上下轧辊；否则按上下辊电机的转速值n上和n下输出转矩，实现上下辊负荷平衡。优点在于，有效地控制了上下辊的输出转矩，保证了轧制力矩负荷在上下工作辊上平均分配。

Description

一种基于6RA80直流调速器实现上下辊负荷平衡控制的方法
技术领域
本发明属于冶金自动化控制领域，具体是一种基于6RA80直流调速器实现上下辊负荷平衡控制的方法。
背景技术
在大压下量轧制时，要求驱动电机输出功率较大，为了减小电机传动轴的负荷，采用上下工作辊单独传动方式，又因为电机轴上传动力矩较大，一般系统设计选用直流机来实现，但直流机由于换向等问题的限制，不可能将容量做的很大，因此，在实际应用中，为了达到轧制的功率要求，设计了两台电机分别驱动两个工作辊的传动方式。
这样的机械传动方式对上下辊电机的控制系统提出了更高的要求，如果上下辊电机的负荷不平衡，就会造成轧辊与带钢表面产生相对滑动，严重时会引起电机过热和机械振动，进而影响轧制效率和成品质量。
上、下辊电机的速度控制系统是相互独立的，在实际轧制中，由于轧件上下表面与轧辊之间的摩擦系数、冷却条件等存在着某些差异。调速系统或多或少总存在着误差。故上、下辊实际速度很难完全同步，特别是在动态过程中更为明显。速度上的不同步，必然会引起上下辊电机负荷的不平衡。从工艺角度上讲，要求上、下辊作用于轧件正反两面的力矩尽可能相等，一般允许小于3～5％的力矩偏差。
西门子公司SINAMICS 6RA80系列全数字调速控制系统性能好，可靠性高，可以满足高动态品质与高调速精度的要求。对传动系统的控制采用了灵活多样的软件模块，可以满足各种不同控制的要求，系统中标配有各种应用的自由功能块，另外，也可使用自由功能块，从驱动控制图(DCC)中扩展功能范围，以使直流调速装置在技术上和经济上最大化的适应特定的应用。
DCC是西门子专为SINAMICS系列调速器提供的一种可编程环境，用图形化的编程语言(CFC)来实现与驱动系统相关功能工具包。DCC由两部分组成：DCC功能库以及DCC编辑器，其中DCC编辑器是一种基于CFC的编程系统，它提供了一个编辑平台，在这个平台上，用户可以自由组合各种功能块，实现所要求的功能。
发明内容
本发明为了解决现有技术中由于上、下辊实际速度不完全同步而引起上、下辊负荷不平衡的问题，提出了一种基于6RA80直流调速器实现上下辊的负荷平衡控制方法。
具体步骤如下：
步骤一、通过6RA80直流调速器分别启动上下辊电机；
步骤二、分别记录上下辊电机的电枢电流I上和I下，计算电流的差值绝对值|ΔI|；
|ΔI|＝|I上-I下|
步骤三、判断电流的差值绝对值|ΔI|是否大于3％·Ｉ上；如果是，进入步骤四，计算附加速度给定的微调量Δn；否则，附加速度给定的微调量Δn为0，不进行任何调节，进入步骤五；
步骤四、调节上辊或者下辊电机的速度，计算附加速度给定的微调量Δn；
首先将绝对值|ΔI|经负荷平衡控制器调节后，输出附加速度给定的调节系数a；然后，将附加速度给定的调节系数a乘以2％·|n* 上|，限幅环节对a·2％·|n* 上|调节保护，使a·2％·|n* 上|≤10％·|n* 上|，得到上辊电机附加速度给定的微调量Δn：
Δn上＝a·2％·|n* 上|
步骤五、判断差值绝对值|ΔI|中的ΔI是否大于0，如果是，将上辊的速度给定值减去附加速度给定，得到上辊电机的转速值n上，否则，下辊的速度给定值减去附加速度给定，得到下辊电机的转速值n下；
上辊电机的转速值n上为：n上＝n* 上-Δn；
下辊电机的转速值n下为:n下＝n* 下-Δn；
步骤六、判断上下辊电机的转速差值绝对值|n上-n下|是否大于1％·|n* 上|；如果是，减速换一对新的上下轧辊；否则按上下辊电机的转速值n上和n下输出转矩，实现上下辊负荷平衡。
本发明的优点在于：
1)、一种基于6RA80直流调速装置实现上下辊负荷平衡控制的方法，利用西门子直流调速器自带的DCC编程实现上下辊负荷控制，控制系统里面没有附加的硬件成本，经济效益高。
2)、一种基于6RA80直流调速装置实现上下辊负荷平衡控制的方法，系统的响应速度快，有效地控制了上下辊的输出转矩，保证了轧制力矩负荷在上下工作辊上平均分配，使上下辊电机均匀出力，既保护了传动机械设备，也提高了产品质量。
附图说明
图1是本发明一种基于6RA80直流调速器的负荷平衡控制模型结构图；
图2是本发明一种基于6RA80直流调速器实现上下辊负荷平衡控制的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种基于6RA80直流调速器自带的DCC来实现上下辊负荷平衡控制的方法，基于负荷平衡控制模型实现，如图1所示，该模型包括：负荷平衡控制器，上辊电机，下辊电机和6RA80直流调速装置；6RA80直流调速装置集成电流调节器ACR和速度调节器ASR。
负荷平衡控制器分别连接上辊电机和下辊电机，上辊电机和下辊电机被各自独立的6RA80直流调速装置控制，上辊电机和下辊电机分别驱动上下辊运动。
负荷平衡控制模型的原理图如图1所示，上下辊电机的电枢电流I上和I下同时输入到负荷平衡控制器中，经过负荷平衡控制器的控制得到：上辊电机附加速度给定的微调量Δn上和下辊电机附加速度给定的微调量Δn下；
上辊电机附加速度给定的微调量Δn上结合上辊速度给定值n* 上，经过6RA80直流调速装置后，得到上辊电机的实际转速值n上；同理，下辊电机附加速度给定的微调量Δn下结合下辊速度给定值n* 下，经过6RA80直流调速装置后，得到下辊电机的实际转速值n下；根据上辊电机的实际转速值n上和下辊电机的实际转速值n下，闭环调节检测返回的反馈系数。
负荷平衡控制器由驱动控制图(DCC)编程，控制上、下辊转矩给定值相等，实现在热轧生产线上初轧机的上下辊负荷平衡；具体包括比较环节，PI(比例-积分)调节器和限副环节。
PI调节器传递函数为：
Kfh(Tfhs+1)/(Tfhs)＝Kfn+Kfi/s
Kfn:转速PI调节器的比例值；Kfi:电流PI调节器的比例值；Kfh:负荷平衡PI调节器的比例值；TfhS:负荷平衡调节器的积分时间；S是自动控制理论中将时域函数通过拉氏变换后转变成复变函数F(S)。
PI调节器在调节过程中控制速度微调量的初始值和给定斜率，以防突加过大的调节量引起转速的突变，不利于两辊速度的协调。在调试过程中，需要根据转换环和电流环的响应快慢，调节参数Kfn和Kfi。
限副环节的作用是避免大的调节量加到速度给定上，引起转速突变，限制速度给定的最大输出值。
比较环节的作用是上下辊电机的电枢电流做差。
一种基于6RA80直流调速器实现上下辊负荷平衡控制方法，如图2所示，具体步骤如下：
步骤一、通过6RA80直流调速器分别启动上下辊电机；
步骤二、分别记录上下辊电机的电枢电流I上和I下，计算电流的差值绝对值|ΔI|；
|ΔI|＝|I上-I下|
上下辊的电机电流差值的绝对值|ΔI|间接反映转矩差值的变化；
步骤三、判断电流的差值绝对值|ΔI|是否大于3％·I上；如果是，进入步骤四计算附加速度给定的微调量Δn；否则，附加速度给定的微调量Δn为0，不进行任何调节，进入步骤五；
步骤四、调节上辊电机或者下辊电机的速度，计算附加速度给定的微调量Δn；
首先将绝对值|ΔI|经负荷平衡控制器的PI调节器调节后，输出附加速度给定的调节系数a；然后，将附加速度给定的调节系数a乘以2％·|n* 上|，最后，限幅环节对a·2％·|n* 上|进行调节保护，使a·2％·|n* 上|≤10％·|n* 上|，得到上辊电机附加速度给定的微调量Δn：
Δn上＝a·2％·|n* 上|
上辊速度给定值n* 上与下辊速度给定值n* 下的绝对值相同，|n* 上|＝|n* 下|；
Δn为PI调节器输出加在速度调节器ASR附加速度给定上的微调量。
步骤五、判断差值绝对值|ΔI|中的ΔI是否大于0，如果是，将上辊的速度给定值减去附加速度给定，得到上辊电机的转速值n上＝n* 上-Δn；否则，下辊的速度给定值减去附加速度给定，得到下辊电机的转速值n下＝n* 下-Δn；
步骤六、判断上下辊电机的转速差值绝对值|n上-n下|是否大于1％·|n* 上|；如果是，减速换一对新的上下轧辊；否则按上下辊电机的转速值n上和n下输出转矩，实现上下辊负荷平衡。
负荷平衡控制器输出正比于转速的设定值，即考虑当前速度；任一时刻，上下辊中只有一个辊得到附加速度，力矩给定值大的电机减慢。要控制轧辊转矩，在电机和传动机构完全一致的情况下，可以归结为上下工作辊驱动电机的电枢电流控制。若二者的差值的绝对值小于等于上辊电机当前电流值的3％，不进行平衡调节；若差值的绝对值大于上辊电机当前电流值的3％，则其差值经负荷平衡控制器输出后，并综合当前速度给定值，经过限幅环节后，加在附加速度给定上，调节输出转矩。当上辊转矩实际值大于下辊转矩实际值，减小上辊转速给定值；同理，当下辊转矩实际值大于上辊转矩实际值，减小下辊转速给定值。负荷平衡的调节总是转矩实际值打的那台电机速度减慢，从而达到上下工作辊输出转矩相等的目的，达到平衡控制。

Claims (3)

1.一种基于6RA80直流调速器实现上下辊的负荷平衡控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、通过6RA80直流调速器分别启动上下辊电机；
步骤二、分别记录上下辊电机的电枢电流I上和I下，计算电流的差值绝对值|ΔI|；
|ΔI|＝|I上-I下|
步骤三、判断电流的差值绝对值|ΔI|是否大于3％·I上；如果是，进入步骤四，计算附加速度给定的微调量Δn；否则，附加速度给定的微调量Δn为0，不进行任何调节，进入步骤五；
步骤四、调节上辊或者下辊电机的速度，计算附加速度给定的微调量Δn；
首先将绝对值|ΔI|经负荷平衡控制器调节后，输出附加速度给定的调节系数a；然后，将附加速度给定的调节系数a乘以2％·|n* 上|，限幅环节对a·2％·|n* 上|调节保护，使a·2％·|n* 上|≤10％·|n* 上|，得到上辊电机附加速度给定的微调量Δn上：
Δn上＝a·2％·|n* 上|
n* 上为上辊速度给定值；
同理，可以得到下辊电机附加速度给定的微调量Δn下；
步骤五、判断差值绝对值|ΔI|中的ΔI是否大于0，如果是，将上辊的速度给定值减去附加速度给定的微调量，得到上辊电机的转速值n上，否则，下辊的速度给定值减去附加速度给定的微调量，得到下辊电机的转速值n下；
上辊电机的转速值n上为：n上＝n* 上-Δn；
下辊电机的转速值n下为:n下＝n* 下-Δn；
n* 下为下辊速度给定值；
步骤六、判断上下辊电机的转速差值绝对值|n上-n下|是否大于1％·|n* 上|；如果是，减速换一对新的上下轧辊；否则按上下辊电机的转速值n上和n下输出转矩，实现上下辊负荷平衡。
2.如权利要求1所述的一种基于6RA80直流调速器实现上下辊的负荷平衡控制方法，其特征在于，步骤四中所述的负荷平衡控制器由驱动控制图(DCC)编程，具体包括比较环节，PI调节器和限幅环节；
PI调节器传递函数为：
Kfh(Tfhs+1)/(Tfhs)＝Kfn+Kfi/s
Kfn:转速PI调节器的比例值；Kfi:电流PI调节器的比例值；Kfh:负荷平衡PI调节器的比例值；TfhS:负荷平衡调节器的积分时间；S是自动控制理论中将时域函数通过拉氏变换后转变成复变函数F(S)。
3.如权利要求1所述的一种基于6RA80直流调速器实现上下辊的负荷平衡控制方法，其特征在于，所述的上辊速度给定值n* 上与下辊速度给定值n* 下的绝对值相同，|n* 上|＝|n* 下|。
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