CN107377631B - 一种防止型钢轧机深度轧卡的控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种防止型钢轧机深度轧卡的控制系统，型钢轧机设有主传动电动机和驱动主传动电动机工作的轧机传动控制系统，所述轧机传动控制系统获取主传动电动机的电动机电流转矩分量实际值信号和电动机实际速度信号，所述轧机传动控制系统控制程序主要由电动机电流转矩分量实际值大于零检测单元、电动机实际速度大于零检测单元、电动机电流转矩分量实际值大于设定限幅值检测单元、电动机实际速度小于设定值检测单元所组成。本发明的优点在于能够及时准确地监测型钢轧机的轧卡状态，避免轧机进入深度轧卡，该系统经过马钢大H型钢3台万能型钢轧机控制系统使用，实际使用效果较好。

Description

一种防止型钢轧机深度轧卡的控制系统和方法
技术领域
本发明涉及轧机控制领域。
背景技术
在实际型钢轧制生产过程中，由于种种原因(如轧件头部形状不规则、轧件头部与孔型不对中以及轧机实际空载辊缝过小等等)型钢轧机会出现轧卡事故，尤其是在换辊后恢复轧制的头几根轧件。通常电动压下型钢轧机的轧卡可以分成浅度轧卡和深度轧卡两种类型。
所谓浅度轧卡，即电动压下型钢轧机发生轧卡后，压下机构仍然可以通过压下驱动电动机打开轧卡状态下的轧机辊缝，轧机的压下机构没有被轧件完全卡死；而对于深度轧卡来说，电动压下型钢轧机发生轧卡后，压下机构无法通过其驱动电动机打开轧卡状态下的轧机辊缝，轧机的压下机构被轧件完全卡死，通常在这种情况下，压下机构必须同时借助外力(如在压下电动机输出轴上缠绕钢丝绳再用行车拉等)才能将轧机轧卡状态下的辊缝打开。
目前国内外电动压下型钢轧机传动控制系统均没有设置专门的轧机深度轧卡预防控制功能，这样，轧机一旦发生轧卡，则轧机的轧卡状态必须要等到轧机主传动电动机出现堵转(即电动机的电流转矩分量达到其限幅值并且电动机的实际速度为“零速”如电动机最高转速的0.15％)时才能结束。
对于电动压下型钢轧机而言，在实际生产过程中不可避免地会发生轧卡事故。当型钢轧机发生轧卡事故时，如果轧机的轧卡状态不能及时准确地检测出，轧机主传动电动机就无法在轧卡初期及时停车，这样必然导致轧机出现深度轧卡。电动压下型钢轧机的深度轧卡不仅造成长时间的停产时间以及大量的轧废，而且给轧机主传动变频控制柜的功率元件寿命以及轧辊寿命带来严重影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种及时准确地监测型钢轧机的轧卡状态，避免轧机进入深度轧卡的监控系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种防止型钢轧机深度轧卡的控制系统，型钢轧机设有主传动电动机和驱动主传动电动机工作的轧机传动控制系统，所述轧机传动控制系统获取主传动电动机的电动机电流转矩分量实际值信号和电动机实际速度信号，所述轧机传动控制系统控制程序主要由电动机电流转矩分量实际值大于零检测单元、电动机实际速度大于零检测单元、电动机电流转矩分量实际值大于设定限幅值检测单元、电动机实际速度小于设定值检测单元所组成。
所述控制程序中还包括电动机电流转矩分量实际值大于设定限幅值的状态脉冲前沿延时单元、电动机实际速度小于设定值的状态脉冲前沿延时单元，前沿延时时间均设定为4ms。
其特征在于：所述设定限幅值为240％额定电动机电流；所述设定值为8％最大主传动电动机速度。
本发明的优点在于能够及时准确地监测型钢轧机的轧卡状态，避免轧机进入深度轧卡，该系统经过马钢大H型钢3台万能型钢轧机控制系统使用，实际使用效果较好。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为精轧机轧卡状态下速度波形图；
图2为精轧机轧卡状态下电流波形图；
图3为精轧机正常最大咬钢冲击情况下的主传动速度波形图；
图4为精轧机正常最大咬钢冲击情况下的主传动电流波形图；
图5为防止型钢轧机深度轧卡的控制程序结构图。
具体实施方式
大H型钢生产线的万能型钢轧机为四辊轧机，即上下水平辊以及传动侧和操作侧立辊，其中上下水平辊为传动辊，由一台同步电动机驱动，轧机的主传动采用西门子SIMOVERT D交－交变频传动控制装置，传动装置的控制系统为SIMADYN D。大H型钢生产线万能型钢轧机通过上下水平辊和两侧立辊辊系构成万能孔型，正是由于万能型钢轧机这种辊系结构，万能轧机对轧件头部形状以及轧件头部与万能孔型的对中度要求较高，如果轧件头部开花或轧件头部与万能孔型对中度不好，轧件头部在咬入轧机的过程中很容易出现卡钢事故。
通过对大量堆钢状态下型钢轧机主传动电动机速度和电流波形的分析可知，型钢轧机的轧卡深度与轧卡状态下主传动输出转矩所持续的时间有关，轧卡状态下轧机主传动输出转矩持续时间越长，则轧机的轧卡深度越深，直至型钢轧机四辊完全卡死为止。故此，为了避免型钢轧机出现深度轧卡，就必须在轧机发生轧卡事故初期及时检测出轧机的轧卡状态并及时停车。问题是如何准确及时地判定轧机的轧卡状态。型钢轧机在发生轧卡过程中，其主传动电动机的电流在电动机实际速度陡降的情况下会发生剧变(即电动机电流发生陡然上升)。这样，虽然主传动电动机的定转子动力电缆与电动机速度检测装置的信号电缆在电缆桥架上采用分层敷设(两者相距约0.3m)，并且在轧机卡钢瞬间电动机的实际速度已陡然下降到零速并保持在零速，但是，轧机轧卡瞬间电动机电流的陡然上升(上升时间仅为9ms)所产生的强电磁场对电动机实际速度检测信号产生了很大的影响，使其出现了剧烈的衰减振荡现象，此振荡过程所持续的时间约为1400ms，振荡频率在10Hz左右，
如图1、2所示，正是由于卡钢过程中轧机主传动电动机实际速度检测信号存在上述问题，使得轧机主传动控制系统无法通过电动机堵转功能来及时检测轧机的卡钢状态。这也是目前国内外电动压下轧机传动控制系统均没有轧机深度轧卡预防控制功能的原因之一。通过对型钢轧机各种轧卡状态的研究，我们认为要实现轧机的深度轧卡预防控制功能，轧机主传动控制系统必须在轧机主传动电动机实际速度异常下降、电流陡然上升的过程中完成轧机卡钢状态的判定。
通过对大量堆钢状态下型钢轧机主传动电动机速度和电流波形的分析可知，型钢轧机在轧卡时，主传动电动机实际速度发生了陡然下降，致使电动机电流瞬间急剧上升，其主传动电动机的实际速度检测值通常处在较大并且逐渐收敛的振荡状态下，而主传动电动机的电流转矩分量始终在其限幅值(240％额定电动机电流)附近波动。正是由于型钢轧机主传动电动机实际速度检测值在轧卡过程中存在振荡问题，故此，在型钢轧机的轧卡过程中，当轧机主传动电动机出现堵转而停车时，轧机已处于深度轧卡状态。
如下图5所示,该防止型钢轧机深度轧卡的控制程序主要由电动机电流转矩分量实际值(ISPHI2)大于零检测单元(ISΦ2ABS)、电动机实际速度(NACT)大于零检测单元(NABS)、电动机电流转矩分量实际值(ISPHI2)大于设定限幅值检测单元(CLIM)、电动机实际速度(NACT)小于设定值检测单元(LOWSPD)、电动机电流转矩分量实际值大于设定限幅值的状态脉冲前沿延时单元(ONDEL1)、电动机实际速度小于设定值的状态脉冲前沿延时单元(ONDEL2)所组成。
考虑到电动机实际速度和实际电流的检测信号在传输过程中可能会受到电磁干扰而出现瞬间突变现象，故此，为了确保该防止型钢轧机深度轧卡控制程序的正常工作，在该控制程序中分别对电动机电流转矩分量实际值大于设定限幅值的状态脉冲以及电动机实际速度小于设定值的状态脉冲设置了前沿延时单元ONDEL1和ONDEL2，并将两者的前沿延时时间均设定为4ms。
为了防止型钢轧机出现深度轧卡，轧机传动控制系统必须在轧机主传动电动机实际速度异常降到零之前使主传动电动机的输出转矩为零，这就要求轧机轧卡状态检测必须在轧机主传动电动机速度降到零之前完成，并且要提前一段时间，以便传动控制系统有足够的响应时间使主传动电动机的输出转矩为零；另外，型钢轧机在轧卡状态下其主传动电动机的实际速度迅速下降到零所需的时间极短，通常在60～200ms时间内。故此，要实现轧机深度轧卡预防控制就必须要选择一个适合的最低主传动速度值，它既能作为判定轧机进入轧卡状态的一个条件，又能让轧卡预防控制功能有足够的响应时间。问题是如何选择这个轧卡状态判定的最低主传动速度门槛值。该门槛值越大，在该防止型钢轧机深度轧卡控制程序作用下轧机的轧卡深度越浅。
为了防止轧卡状态的误判，轧卡状态判定的主传动最低速度门槛值应小于轧机正常咬钢情况下最大主传动速降所能达到的最低速度值。万能型钢精轧机正常最大咬钢冲击情况下的主传动速度和电流波形如下图3、4所示。为了便于万能型钢精轧机的轧件头部咬入以及防止轧件头部咬偏，通常将精轧机的咬钢线速度设定为2m/s(对应的轧机主传动速度为20％最大主传动电动机速度)。这样，由上图3、4可知，在精轧机正常最大咬钢速降情况下，精轧机实际线速度由2m/s降到了1m/s(对应的轧机主传动速度为10％最大主传动电动机速度)。考虑到该防止型钢轧机深度轧卡控制功能的响应时间约为8毫秒，这样，根据上述分析，可将该万能型钢轧机轧卡状态判定的主传动最低速度门槛值设定为8％最大主传动电动机速度(对应的精轧机实际线速度为0.8m/s)。
鉴于在轧机的轧卡过程中主传动电动机实际电流转矩分量虽然能够迅速上升至其限幅值，但是考虑到轧卡过程中主传动电动机速度的急剧变化对实际电流的影响，传动控制系统所获得的轧卡过程中主传动电动机实际电流转矩分量通常是处在其限幅值附近波动，故此，在轧机深度轧卡预防控制程序中将用于轧卡判定的主传动电动机实际电流转矩分量限幅值设定为240％额定电动机电流。
这样，在轧机咬钢以及轧制过程中，一旦轧机主传动电动机实际速度小于8％最大主传动电动机速度并且主传动电动机实际电流转矩分量达到240％额定电动机电流，该防止型钢轧机深度轧卡控制程序即可判定轧机已处于轧卡状态(即MBD为‘1’态)，并及时发出轧机主传动调节器封锁命令(即CECC为‘1’态)，使轧机主传动电动机的输出转矩为零。为了避免该防止型钢轧机深度轧卡控制程序对轧机在非轧钢状态下运行(如轧机主传动系统调试等)的影响，在该防止型钢轧机深度轧卡控制程序中设置了“轧机处在轧钢状态”(即“MILL RUN”)的条件，只有此条件满足后，该防止型钢轧机深度轧卡控制程序才能发挥作用。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种防止型钢轧机深度轧卡的控制系统，型钢轧机设有主传动电动机和驱动主传动电动机工作的轧机传动控制系统，其特征在于：所述轧机传动控制系统获取主传动电动机的电动机电流转矩分量实际值信号和电动机实际速度信号，所述轧机传动控制系统控制程序主要由电动机电流转矩分量实际值大于零检测单元、电动机实际速度大于零检测单元、电动机电流转矩分量实际值大于设定限幅值检测单元、电动机实际速度小于设定值检测单元所组成。
2.根据权利要求1所述的防止型钢轧机深度轧卡的控制系统，其特征在于：所述控制程序中还包括电动机电流转矩分量实际值大于设定限幅值的状态脉冲前沿延时单元、电动机实际速度小于设定值的状态脉冲前沿延时单元，前沿延时时间均设定为4ms。
3.根据权利要求2所述的防止型钢轧机深度轧卡的控制系统，其特征在于：所述设定限幅值为240％额定电动机电流；所述设定值为8％最大主传动电动机速度。
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